Твердотельная электроника

Твердоте́льная электро́ника — раздел электроники, в основном связанный с полупроводниковой электроникой^[1][2]. Термин появился в середине XX века вместе с устройствами на основе полупроводников (транзисторов и полупроводниковых диодов), которые пришли на смену радиолампам^[3]. Название означает, что управление электрическим током происходит в твёрдом теле полупроводника, а не вакууме электронной лампы.

Твердотельная электроника изучает физические принципы работы, функциональные возможности электронных приборов, в которых движение электронов или иных носителей заряда, обуславливающих электрический ток, происходит в объёме твёрдого тела. Термин «твердотельные приборы» подчеркивает отличие этих приборов от электровакуумных, газоразрядных, жидкоэлектролитных, иных электронных приборов. Не считаются твердотельными различные электромеханические приборы и устройства, такие, как реле, переключатели, исполнительные механизмы. Условно к твердотельным приборам можно отнести пьезоэлектрические приборы (например, кварцевые резонаторы, фильтры на поверхностных акустических волнах), приборы, использующие ферромагнитные свойства материалов, например, накопители на магнитных дисках, цилиндрических магнитных доменах, так как в этих материалах не происходит упорядоченного движения электрических зарядов.

Также твердотельная электроника изучает принципы конструирования электронных устройств, построенных на твердотельных приборах.

Основные твердотельные приборы, используемые в электронных устройствах

Полупроводниковые диоды

Наиболее обширный по различным функциям и областям применения класс полупроводниковых приборов:

• Выпрямительные силовые диоды.
• Выпрямительные малосигнальные диоды.
• Стабилитроны.
• Динисторы.
• Варикапы и варакторы.
• Фотодиоды и диоды для регистрации ионизирующих излучений.
• Фотогальванические элементы (солнечные батареи).
• Магниточувствительные диоды.
• Термочувствительные диоды (термодатчики).
• Переключательные диоды.
• Светоизлучающие диоды (светодиоды и полупроводниковые лазеры).
• Туннельные диоды и обращённые диоды.
• СВЧ-диоды генерирующие (диоды Ганна, лавинно-пролётные диоды, туннельные диоды).
• СВЧ-диоды приемные и коммутационные (смесительные диоды,p-i-n диоды).
• Генераторы шума.

Другие твердотельные двухвыводные приборы

• Фоторезисторы.
• Терморезисторы.
• Магниторезисторы.
• Детекторы ионизирующих излучений.

Трехвыводные приборы и др.

Используются для усиления, переключения, коммутации, генерации сигналов, как фотоприёмники:

• Биполярные транзисторы.
• Полевые транзисторы.
• Двухбазовые диоды.
• Тиристоры, симисторы.
• Фоточувствительные транзисторы.
• Датчики Холла.

Интегральные микросхемы

Обширнейший класс полупроводниковых приборов, у которых в толще полупроводникового материала сформирована некоторая электронная схема, включающая элементарные диоды, транзисторы, резисторы и др. Условно разделяют на:

• Цифровые микросхемы (логические микросхемы, микропроцессоры, запоминающие микросхемы и др.)
• Аналоговые микросхемы (операционные усилители, различные преобразователи сигналов).

Разделение на цифровые и аналоговые микросхемы условно, часто микросхемы имеют как аналоговые, так и цифровые узлы.