Открытый канал ID 71138900276576

Физика как жизнь

Здесь будут моменты из жизни молодого физика, а также некоторые познавательные темы, кажущиеся автору интересными.

Каналов в рубрике
1 071
Место этого канала
№ 821
Открыть рубрику →
Открыть в MAX

Публикации за период

По реакциям

Поиск и вся лента — после бесплатной регистрации. Свои даты — по подписке; владелец канала видит их бесплатно. Сортировка по реакциям — по подписке. Зарегистрироваться

Загрузка…

Все приборы, о которых я писала в этом месяце, являются полупроводниковыми. Но такие приборы были не всегда, как легко догадаться.

В 1833 Фарадей заметил, что электропроводность серебра повышается при нагревании. После него Беккерель открыл, что есть материалы, меняющие электропроводность под воздействием света. Ещё два основополагающих открытия были сделаны Брауном и Шустером: об изменении сопротивления в зависимости от величины, направления и продолжительности тока (это открытие привело к разработке технологии выпрямления тока); и о схожем эффекте между чистой и окисленной медью - Cu действует как полупроводник.

Исследовать полупроводники удалось лишь в 1920-1940-х годах, когда ученые смогли объяснить их устройство материалов на атомарном уровне.

Транзистор создали ученые из лабораторий корпорации Bell. Они начали изучать потенциал p-n перехода полупроводников еще в середине 1930-х. Однако из-за Второй Мировой войны почти всем передовым физикам пришлось изменить вектор работы и исследования остановились на несколько лет.

Первый рабочий транзистор был создан в конце 1947 года. В качестве полупроводника в нем был использован германий (Ge) — его научились очищать и выращивать раньше, чем кремний (Si). Транзистор разработала группа инженеров во главе с Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином. В 1950 году Шокли получил патент на оригинальный транзистор, а Браттейн и Бардин — на его трехэлектродную версию. В 1956 году все трое были награждены Нобелевской премией по физике. (Бардин получил эту премию дважды — в 1972 году он вместе с двумя другими физиками был награждё ей за разработку теории сверхпроводимости).

Уже в 1959 году инженер Жан Эрни разработал планарную технологию производства транзисторов. Она позволила уменьшить утечки электричества и сделать транзисторы плоскими и компактными. По такой технологии они производятся и сегодня. Именно это открытие сделало возможным создание интегральной микросхемы.

Главной проблемой электроники тех лет была перегруженность чипов проводкой — каждый элемент приходилось соединять с другим. При этом все они выделяли тепло и чипы быстро перегревались. Для того, чтобы исправить это, в 1959-1960 годах ученые придумали соединять их через единую подложку из полупроводникового материала.

В 1965 году Гордон Мур, директор по исследованиям Fairchild Semiconductor, сформулировал закон, получивший его имя: количество электронных компонентов на чипе будет удваиваться каждые два года. Также он предсказал, что вместимость чипов станет основным параметром развития всей электроники. Закон выполнялся достаточно долго, но сейчас это уже не так.
Просмотры: 9
Перейти в пост Открыть в MAX Сообщить о неточности
ПЗС-матрицы

ПЗС-матрица — это тип датчика изображения, используемый для захвата света и преобразования его в цифровые сигналы. Она состоит из массива светочувствительных пикселей, которые собирают фотоны и преобразуют их в электрические заряды.

Для начала съемки заряд одновременно сбрасывается со всего датчика (глобальный затвор). В процессе воздействия на датчик накапливается заряд, по окончании экспозиции собранный заряд перемещаются в замаскированную область внутри каждого пикселя (так называемый межстрочная ПЗС-матрица), где они могут ожидать считывания без подсчета новых обнаруженных фотонов. Активная область пикселей может начать экспозицию следующего кадра - заряд сохраняется в замаскированной области пикселя. Затем заряды (с каждого пикселя) перемещаются в «регистр считывания», на АЦП. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет подсчитано количество обнаруженных зарядов во всех пикселях.

Способ считывания данных с ПЗС-матрицы отличается от способа считывания данных с КМОП-матрицы достаточно существенно:

● Передача заряда.

Захваченные фотоэлектроны электростатически перемещаются от пикселя к пикселю по сенсору к области считывания в нижней части.

● Механизм считывания

Вместо целого ряда аналого-цифровых преобразователей (АЦП), работающих параллельно, в ПЗС-матрицах используется всего один или два АЦП (а иногда и больше), которые считывают пиксели последовательно.

● Размещение конденсаторов и усилителей
Каждый АЦП имеет один конденсатор и один усилитель (вместо того, чтобы конденсаторы и усилители находились в каждом пикселе).

🌟 Астрономия
ПЗС-матрицы играют решающую роль в астрономической съёмке /есть они, например, в NIRCAM, которая помещена в телескоп «Джеймс Уэбб»/, благодаря своей способности улавливать слабый свет от далеких звезд и галактик. Они широко используются как в обсерваториях, так и в любительской астрономии для астрофотографии с длительной выдержкой, обеспечивая получение четких и детализированных изображений.

🔬 Микроскопия и науки о жизни
В биологических науках ПЗС-датчики используются для регистрации слабых сигналов флуоресценции или тонких клеточных структур. Их высокая чувствительность и однородность делают их идеальными для таких применений, как флуоресцентная микроскопия, визуализация живых клеток и цифровая патология. Линейная зависимость отклика от света обеспечивает точный количественный анализ.

📋 Контроль качества полупроводниковых изделий
ПЗС-датчики играют решающую роль в производстве полупроводников, особенно для контроля качества пластин. Их высокое разрешение и стабильное качество изображения необходимы для выявления микроскопических дефектов в микросхемах, обеспечивая точность, требуемую в полупроводниковом производстве.

🩻 Рентгеновская и научная визуализация
ПЗС-датчики также используются в системах обнаружения рентгеновского излучения и других специализированных приложениях для получения изображений. Их способность поддерживать высокое отношение сигнал/шум, особенно при охлаждении, имеет решающее значение для получения четких изображений в сложных условиях, таких как кристаллография, анализ материалов и неразрушающий контроль.

Здесь можно подробнее посмотреть о телескопе:
https://habr.com/ru/articles/670044/?ysclid=mv3tq910b6376932370#part4_1
Просмотры: 13
Перейти в пост Открыть в MAX Сообщить о неточности
Обещала пост про MOSFET, вот и он.

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) — это конкретный, наиболее распространённый тип FET (полевых транзисторов, которые управляются напряжением на затворе), отличающийся наличием изолированного затвора. В обоих типах (что в FET, что в MOSFET) ток между истоком и стоком регулируется напряжением на затворе, создающим электрическое поле. Однако из-за разной конструкции реализация этого принципа отличается.

В FET (на примере JFET) управление осуществляется за счёт изменения ширины p-n-перехода между затвором и каналом. При обратном смещении этого перехода канал сужается, уменьшая ток. 

В MOSFET изолирующий слой диэлектрика позволяет формировать под затвором инверсный проводящий слой (канал), который и управляет током. При изменении напряжения на затворе концентрация носителей заряда в канале меняется, что определяет включение или отключение транзистора. Процесс переключения может сопровождаться небольшой задержкой из-за перераспределения заряда.

Применение:

FET (в более общем смысле) используются в аналоговых схемах, например, в усилителях с высокой линейностью. 
MOSFET благодаря своим преимуществам (высокое входное сопротивление, быстрое переключение, низкие потери мощности) стал основой современной микроэлектроники: микропроцессоров, памяти, цифровых интегральных схем.

Преимущества и недостатки MOSFET-транзисторов:

📈 Высокая скорость работы. Благодаря способности переключаться на высокой частоте, MOSFET широко применяются в импульсных источниках питания и цифровых схемах.
📈 Низкое сопротивление в открытом состоянии. Когда транзистор включён, сопротивление между истоком и стоком остаётся минимальным, что снижает тепловые потери и повышает эффективность работы.
📈 Широкая сфера применения. Способность выдерживать большие токи и напряжения позволяет использовать эти транзисторы в самых разных областях электроники.
📈 Компактные размеры и небольшой вес. Современные MOSFET-транзисторы отличаются миниатюрностью, что позволяет использовать их в компактных и портативных устройствах.

📉 Чувствительность к статическому электричеству. Из-за высокого сопротивления устройства могут повреждаться электростатическими разрядами.
📉 Тепловая нестабильность. При высокой мощности нагрев может привести к увеличению сопротивления канала. Этоприводит к снижению эффективности работы.
Просмотры: 10
Перейти в пост Открыть в MAX Сообщить о неточности
ВКонтакте Телеграм Одноклассники
Избранное в datool.ru

Следите за каналом в личном кабинете

Зарегистрируйтесь в datool.ru, чтобы добавить канал «Физика как жизнь» в избранное и отслеживать его показатели.

Зарегистрироваться
Для владельцев каналов

Подтвердите свой канал

Войдите или зарегистрируйтесь в datool.ru, затем добавьте нашего бота в канал по инструкции в личном кабинете. После проверки владения замок исчезнет и вам станет доступно управление каналом.

Войти или зарегистрироваться

Сообщить о неточности

Опишите, что нужно исправить. Если есть источник, добавьте ссылку.

Вы покидаете datool.ru

Ссылка ведёт на внешний сайт. datool.ru не отвечает за его содержимое — проверьте адрес, прежде чем вводить пароли или платёжные данные.

Переход через 10 с

Перейти