Принципы функциональной электроники

Функциональная электроника (ФЭ) - четвертое поколение в электронике. Два направления развития микроэлектроники. Ограничения в схемотехнической интегральной электронике по физическим и технологическим факторам. Статистические и динамические неоднородности. Типы носителей информационного сигнала. Функциональная электроника - электроника динамических неоднородностей. Континуальные среды для элементов и устройств функциональной электроники. Физические поля и процессы, обеспечивающие возникновение, продвижение и взаимодействие динамических неоднородностей в континуальной среде. Элементы для генерации, управления и считывания динамических неоднородностей. Обобщенная схема построения элементов и устройств функциональной электроники. Особенности выбора материалов континуальной среды для компонентов функциональной электроники. Классификация элементов и устройств ФЭ по направлениям и назначениям.

В основе функциональной электроники лежит принцип физической интеграции, позволяющий реализовать определённую функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твёрдом теле. В этом случае локальному объёму твёрдого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, так что промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной схемы не требуется. Основной чертой физической интеграции является отсутствие или значительное снижение удельного веса схемотехники и использование динамических неоднородностей для выполнения определённых функций.

Основные направления ФЭ:

1. Устройства на основе ПЗС (прибора с зарядовой связью).

ПЗС функционально подобен сдвиговым регистрам.

2. Устройства на основе ЦМД (цилиндрическом магнитном эффекте).

ЦМД дают возможность создавать устройства большой функциональной гибкости с исключительно высокими параметрами. При этом функции логики, запоминания и коммутации реализуются без нарушения однородности структуры материала носителя, позволяя сочетать параллельные и последовательные коды, логику и память системы.

3. Устройства на основе ПАВ (поверхностные акустические волны) ПАВ могут быть использованы в устройствах запоминания и хранения сигнальной информации.

4. Устройства на основе спиновых волн

В основе данных устройств лежит волновой процесс ориентации спиновых магнитных моментов электронов, ответственных за ферромагнитные свойства вещества. Функционально ПАВ и спиновые волны равноценны, но последние могут быть использованы на более высоких частотах (1-20 ГГц).

5. Устройства на основе ЯМР (ядерный магнитный резонанс) Действие этих устройств основано на использовании метода спинового эха - импульсного метода наблюдения ЯМР. На основе эха реализуются системы памяти и спектральной обработки сигналов.

6. Устройства на основе голографического принципа хранения и обработки информации

Кроме высокой плотности записи голографический метод создаёт преимущества, которые невозможно получить другими способами. Основная среди них - высокая надёжность хранения информации, обусловленная избыточностью механизма голографического запоминания. Голографический принцип позволяет также полностью реализовать преимущества, связанные с возможностью параллельного доступа [8, 9]. Ещё одна особенность - возможность записи информации непосредственно в аналоговой форме, что отличает голографические ЗУ от всех других видов запоминающих устройств с хранением символов двоичного кода [10].

7. Белковая биологическая память

Основана на применении методов биотехнологии для сборки схем, построенных из молекулярных электронных приборов. В молекулярных (био-) ЭВМ предполагается в качестве активных переключательных элементов использовать молекулы. Вместо традиционных материалов (кремния, арсенида галлия и др.) используются органические молекулы, в том числе специально сконструированные белки, обладающие свойством бистабильности, т. е. способностью сколь угодно долго находиться в одном из двух устойчивых состояний [11].

8. Самоорганизующиеся среды

Основаны на неоднородностях, которые возникают и взаимодействуют не по заданному плану, а вследствие явления самоорганизации. Использование самоорганизации позволяет создать функциональные устройства, действие которых основано на закономерностях кооперативного поведения элементов системы. Такая среда обладает рядом замечательных качеств:

o уникальная адаптивность;

o возможность физического моделирования интеллектуальных функций;

o распределённость и ассоциативность памяти.

9. Устройства на основе фазовых переходов

Реализация этой идеи связана с созданием многослойных структур с соприкасающимися распределёнными средами разной природы. Возникает, таким образом, необходимость изучения процессов взаимодействия динамических неоднородностей разной природы, которые происходят вблизи границы раздела двух сред, представляющей собой в общем случае гетеропереход.

Дата добавления: 2015-05-08