II.ASOSIY QISM - Axborot texnalogiyalari va kommunikatsiyalarni rivojlantirish vazirligi muhammad al xorazmiy nomidagi...

II.ASOSIY QISM
Elektronika rivojlanish bosqichlari va istiqbollari. Elektronika – fan va texnika
sohasi bo‘lib, axborot uzatish, qabul qilish, qayta ishlash va saqlash uchun
ishlatiladigan elektron qurilmalar VAda asboblar yaratish usullarini o‘rganish,
ishlab chiqish bilan shug‘ullanadi. Elektronika elektromagnit maydon nazariyasi,
kvant mexanikasi, qattiq jism tuzilishi nazariyasi va elektr o‘tkazuvchanlik
hodisalari kabi fizik bilim-larga asoslanadi. Elektronikaning rivojlanishi elektron
asboblar texnologiyasining takomillashuvi bilan cVAbarchas bog‘liq bo‘lib,
hozirgi kungacha to‘rt bosqichni bosib o‘tdi. Birinchi bosqich asboblari:
rezistorlar, induktivlik g‘altaklari, magnitlar, kondensatorlar, elektromexanik
asboblar (qayta ulagichlar, rele va shunga o‘xshash), passiv elementlardan iborat
edi. Ikkinchi bosqich Li de Forest tomonidan 1906 yilda triod lampasining ixtiro
qilinishidan boshlandi. Triod elektr signallarni o‘zgartiruvchi va eng muhimi,
quvvat kuchaytiruvchi birinchi aktiv elektron asbob bo‘ldi. Elektron lampalar
yordamida kuchsiz signallarni kuchaytirish imkoniyati hisobiga radio, telefon
so‘zlashuvlarni, keyinchalik esa, tasvirlarni VA uzoq masofalarga uzatish
imkoniyati (televideniye) paydo bo‘ldi. Bu davrning elektron asboblari passiv
elementlar bilan birga, aktiv elementlar – elektron lampalardan iborat edi.
Uchinchi bosqich Dj. Bardin, V. Bratteyn va V. Shoklilar tomonidan 1948 yilda
elektronikaning asosiy aktiv elementi bo‘lgan bipolyar tranzistorning ixtiro etilishi
bilan boshlandi. Bu ixtiroga Nobel mukofoti berildi. Tranzistor elektron lampaning
barcha vazifalarini bajarishi bilan birga, uning: past ishonchlilik, ko‘p energiya
sarflash, katta o‘lchashlarikabi asosiy kamchiliklaridan xoli edi. To‘rtinchi bosqich
integral mikrosxemalar (IMS) asosida elektron qurilma VAda tizimlar yaratish
bilan boshlandi va mikroelektronika davri deb ataldi. Mikroelektronika – fizik,
konstruktiv-texnologik va sxemotexnik usullardan foydalanib yangi turdagi
elektron asboblar– IMSlar va ularning qo‘llanish prinsiplarini ishlab chiqish
yo‘lida izlanishlar olib borayotgan elektronikaning bir yo‘nalishidir. Hozirgi kunda
telekommunikatsiya va axborotlashtirish tizimining rivojlanish darajasi tom
ma’noda mikroelektronika va nanoelektronika mahsulotlarining ularda qo‘llanilish
darajasiga bog‘liq. Birinchi IMSlar 1958 yilda yaratildi. IMSlarning hajmi ixcVA,
og‘irligi kam, energiya sarfi kichik, ishonchliligi yuqori bo‘lib, hozirgi kunda uch
konstruktivtexnologik variantlarda yaratilmoqda: qalin va yupqa pardali,
yarimo‘tkazgichli va gibrid. 1965 yildan buyon mikroelektronikaning rivoji G.
Mur qonuniga muvofiq bormoqda, ya’ni har ikki yilda zamonaviy IMS-lardagi
elementlar soni ikki marta ortmoqda. Hozirgi kunda elementlar soni 106÷109 ta
bo‘lgan o‘ta yuqori (O‘YuIS) va yuqori (GYuIS) IMSlar ishlab chiqarilmoqda.
Mikroelektronikaning qariyb yarim asrlik rivojlanish dav-ri mobaynida IMSlarning
keng nomenklaturasi ishlab chiqildi. Telekommunikatsiya va axborot –
kommunikatsiya tizimlarini loyihalovchi va ekspluatatsiya qiluvchi mutaxassislar
uchun zamonaviy mikroelektron element bazaning imkoniyatlari haqidagi
bilimlarga ega bo‘lish muhim. Integral mikroelektronika rivojining fizik
chegaralari mavjudligi sababli, hozirgi kunda an’anaviy mikroelektronika bilan bir
qatorda, elektronikaning yangi yo‘nalishi – nanoelektronika jadal rivojlanmoqda.
Nanoelektronika o‘lchashlari0,1 dan 100 nm gacha bo‘lgan yarim o‘tkazgich
tuzilmalar elektronikasi bo‘lib, mikroelektronikaning mikrominiatyurlash yo‘lidagi
mantiqiy davomi hisoblanadi. U qattiq jism fizikasi, kvant elektronikasi, fizikaviy
kimyo va yarimo‘tkazgichlar elektronikasining so‘nggi yutuqlari negizidagi qattiq
jismli texnologiyaning bir qismini tashkil etadi. So‘nggi yillarda nanoelektronikada
muhim amaliy natijalarga erishildi, ya’ni zamonaviy telekommunikatsiya va
axborot tizimlarning negiz elementlarini tashkil etuvchi: geterotuzilmalar asosida
yuqori samaradorlikka ega lazerlar va nurlanuvchi diodlar yaratildi;
fotoqabulqilgichlar, o‘ta yuqori chastotali tranzistorlar, bir elektronli tranzistorlar,
turli xil sensorlar VAda boshqalar yaratildi. Nanoelektron O‘YuIS va GYuIS
mikroprotsessorlarni ishlab chiqarish yo‘lga qo‘yildi. Shvetsiya Qirolligi fanlar
akademiyasi ilmiy ishlarida tezkor tranzistorlar, lazerlar, integral mikrosxemalar
(chiplar) va boshqalarni ishlab chiqish bilan zamonaviy axborot kommunikatsiya
texnologiyalariga asos solgan olimlar – J.I. Alferov, G. Kremer, Dj.S. Kilbini
Nobel mukofoti bilan taqdirladi. Integral mikroelektronika va nanoelektronika
bilan bir vaqtda, funksional elektronika rivojlanmoqda. Elektronikaning bu
yo‘nalishi an’anaviy elementlar (tranzistorlar, diodlar, rezistorlar va
kondensatorlar)dan voz kechish va qattiq jismdagi turli fizik hodisa (optik, magnit,
akustik va h.k.)lardan foydalanish bilan bog‘liq. Funkitsonal elektronika
asboblariga akusto-elektron, magnitoelektron, kriogen asboblar va boshqalar
kiradi. Nanoelektronika haqida tushunchalar. Nanotranzistorlar. Nanoelektronika
nanotexnologiyalarni rivojlantirishning yetakchi yo‘nalishi hisoblanadi.
Mikroelektronikaning yutuqlari va unda qo‘llaniladigan texnologiyalarning
kengayishi zamonaviy nanotexnologiyalarni yaratish uchun asosdir. Axborot
texnologiyalari va nanoelektronik tizimlar insoniyatni kommunikatsiya, axborotni
qayta ishlash va saqlash tizimlarining rivojlanishi, ishlab chiqarish jarayonini
boshqarish va turli xil zamonaviy transport, tibbiy va maishiy texnika va tizimlar.
Energiya va atrof-muhit muammolari, global isish va sayyoramizga tahdid
soladigan suv tanqisligi, qayta tiklanadigan manbalarning rivojlanishi energiya va
yangilarini yaratish, foydalanish samaradorligini oshirish energiya,
biotexnologiyani rivojlantirish va undan keng foydalanish va olish dengizdan
ichimlik suvi insoniyatning hayotiy muammolariga aylanmoqda. Shu munosabat
bilan tegishli ishlab chiqarishning aVAiyati yuqori samarali katalizatorlar, gaz
adsorberlari va ajratgichlar, yangi va qayta tiklanadigan energiya manbalari uchun
yangi materiallardan molekulyar tarmoqlar, elektrodlar va membranalar va yangi
kashf yetilgan YOKI takomillashtirilgan prinsiplarda ishlaydigan konvertorlar,
shuningdek nanoelektronik qurilmalar YOKI nanoelektronik elementlarga
to‘yingan datchiklar va mexanizmlar yordamida boshqarish va boshqarish.
Integratsiya va ishlashning oshishi, arzon narxlar va energiya sarfini kamaytirish
barqaror tendensiyadir nanoelektronik qurilmalar va tizimlarni ishlab chiqish.
Biroq, nanoelektronik qurilmalar elementlarining molekulyarlari bilan
taqqoslanadigan kattalikdagi yutuqlari bir qator fizikaviy va texnologik cheklovlar
bilan cheklanadi. Shuning uchun biz asosiy konsepsiyani o‘zgartirishimiz kerak
yedi - klassik zarrachalarning xususiyatlariga ega bo‘lgan elektronlar va
teshiklarning zaryadlarini uzatish o‘rniga, ular elektronlarning to‘lqin tabiati
(elektronlarning spin holati, tunnel qilish, to‘lqin funksiyalarining o‘zaro ta’siri va
boshqalar). Bu ilmiy tadqiqotlar va spektrning maqsadlarini sezilarli darajada
kengaytirdi ishlatilgan materiallar. Ko‘p sonli ilmiy natijalar, tahlillar va
bashoratlar, o‘quvchiga yo‘nalishni qiyinlashtiradigan va mavjud vaziyat va
istiqbollarni tushunish. Bir tomondan, nanotexnologiya bu fanlararo
tadqiqotlarning g‘alabasi va uning sanoat foydalanish, lekin ayni paytda istaganlar
uchun ekran o‘zlarining ta’lim yetishmovchiliklarini bartaraf etish uchun motivlar
YOKI imkoniyatlar yetishmasligini va egiluvchanlik yetishmasligini deklaratsiya
bilan yashirish ularning faoliyati, yerishilgan natijalar va yutuqlarni e’lon qilish
nanotexnologik hisoblanadi, shuning uchun VA kalit hisoblanadi ijtimoiy
rivojlanish. Shuning uchun, ular nanotexnologiyalarni rivojlantirish uchun muhim
resurslar kerakligini aytganda, kadrlar tayyorlashni, ilmiy tadqiqotlarni tashkil
etishni va natijalarni ishlab chiqarishga tatbiq etishni o‘ta puxta tashkil etish VA
zarurligini unutmaslik kerak. Elektronika va nanoelektronika rivojining istiqbollari.
Insoniyat madaniyatining rivojlanishi yangi materiallarni o‘zlashtirish bilan
bog‘liq. Yog‘och va tosh – odam o‘zlashtirgan birinchi materiallar hisoblanadi. Bu
materiallardan qilingan mehnat va ov qilish qurollari yovvoyi ibtidoiy jamoadagi
odamga tirik qolishning samarali imkonini berdi. So‘ngra odamlar mis va bronzani
yeritishni o‘rgandilar. Mehnat va ov qilish qurollari mukammallashib bordi va
odam atrof-muhitning “xo‘jayini” bo‘lib oldi. Temirni o‘zlashtirish esa odamzotga
sanoatni yaratish va rivojlantirishiga, o‘zining taraqqiyotida ulkan sakrash qilishiga
olib keldi. Elektronikaning yutuqlari zamona odamlarining turmush tarzini
butunlay o‘zgartirib yubordi. Biz hozirgi hayotimizni uyali telefonlar,
kompyuterlar, televizorlar va h.larsiz tasavvur eta olmaymiz. Elektronikaning
rivojlanishi odamlarning yangi material – kremniyni o‘zlashtirishlari natijasida yuz
berdi. Materiallarni olishning yangi usullarini o‘ylab topib va rivojlantirib odamlar
texnologiyalar yaratdilar. “Texnologiya” so‘zi yunoncha “techne”- san’at,
mohirlik, ustalik va “logos”- fan so‘zlariidan kelib chiqqan. Quyidagi ta’rifni
berish mumkin: texnologiya – mahsulotni ishlabchiqarish jarayonida xom ashyo
YOKI materialni qayta ishlash, tayyorlash, holatini, xossalarini, shaklini
o‘zgartirishning vosita va usullarining to‘plami. Bolta YOKI kompyuterni
tayyorlash uchun texnologiyaga –dastlabki materialni qayta ishlash va ulardan
tayyor mahsulotni olish vositalari va usullariga yega bo‘lish kerak . Texnologiya
moddiy mahsulot olish uchun materiyaning dastlabki holatini YOKI sifatini
o‘zgartiradi. Texnologiyaning vazifasi insonning olam va tabiat haqidagi
bilimlarini odamlar uchun zarur va foydali bo‘lgan moddiy mahsulotga
aylantirishdan iborat. Materiallarga ishlov berish va mahsulot tayyorlash
jarayonida inson geometrik o‘lchashlariturlicha bo‘lgan materiallarni o‘zlashtiradi.
Makroskopik (“makro” - katta) ob’ektlar deb, odam qurollanmagan ko‘zi bilan
ko‘rishi mumkin bo‘lgan ob’ektlarni ataladi. Minglab yillar davomida insoniyat
turmushda va texnikada katta miqdordagi atomlardan tashkil topgan makroskopik
jismlardan, u yo bolta, yo avialayner bo‘lsin, foydalanib keldi. Daraxt, stol, odam,
fil va hakozolarning VAmasi makroskopik olam ob’ektlaridir. Piyola, arra,
avtomobil va h. larni tayyorlash texnologiyalari makroskopik olam
texnologiyalaridir. Optik mikroskop kashf etilgandan so‘ng odam o‘zi uchun
mikroolam ob’ektlarini kashf yetdi. Mikroskopik (“mikro”- kichik) ob’ektlar deb,
o‘lchashlari1 – 100 mkm oralig‘ida bo‘lgan ob’ektlarga aytiladi. Mikro
qo‘shimchasi biror narsaning milliondan bir qismini bildirishini yeslatib o‘tamiz.
1mkm.li uzunlik birligi 10 -6 m YOKI 0, 0001sm.ga teng. Biologik hujayra, qon
yeritrotsiti va h. lar mikroolam ob’ektlari hisoblanadilar. Mikroolam
texnologiyalariga misol qilib elektronli mikrosxemalar olishni, genni o‘zgartirishni
keltirish mumkin. Nanometrli deb, o‘lchashlari1dan – 100nm.gacha bo‘lgan
ob’ektlarni aytiladi. Nano (yunoncha nanos-karlik, gnom, mitti) qo‘shimchasi biror
birlikning milliarddan bir (10-9 ) ulushini anglatadi. Masalan, nanometr M M N 7
metrning milliarddan bir qismi (1nm=10-9m). Tushuntirish sifatida quyida
keltirilgan rasmda tabiiy va sun’iy olam ob’ektlarining o‘lchashlarilogarifmik
masshtabda ko‘rsatilgan. Nanometr tushunchasiga illyustratsiya: ob’ektlar va
ularning o‘lcVAlarini logarifmik masshtabda solishtirilishi. Atomlar va kichik
molekulalar 0,1dan 1nanometr tartibidagi o‘lcVAlarga egalar (solishtirish uchun:
odam sochi molekuladan taxminan 60 000 marta yo‘g‘onroq). O‘lcVAlarning
bunday bosqichida fizika, ximiya, biologiya kabi fanlarning orasidagi chegara
yo‘qoladi. Nanotexnologiyalar termini orqali nanometr o‘lcVAli materiallar,
qurilmalar, sistemalarni yaratish va foydalanishni tushuniladi. Nanotexnologiyalar
atom va molekulyar masshtabdagi ob’ektlar bilan ishlashga imkon beradilar. Odam
har doim o‘zi uchun qulay texnik qurilmalar yaratishga intililadi. Ko‘pincha
qulaylik u YOKI bu qurilmaning o‘lcVAlarini kichraytirish bilan bog‘liq.
Haqiqatan VA, yassi televizor kub shaklidagi televizordan qulayroqligi VAmaga
ma’qul. Agar dastlabki kompyuterlar bir necha xonalarni yegallagan bo‘lsalar,
zamonaviy kompyuterlar sumkaga YOKI kiyim cho‘ntagiga VA joylanaveradi.
Zamonaviy ilg‘or texnologiyalarning rivojlanishi miniatyuralashuv - texnologiya
mahsuloti o‘lcVAining kichrayib borishi bilan yuz bermoqda. Elektronika sohasida
ishlayotgan olimlar va mutaxassislarga G. Ye. Mur aniqlagan qonuniyat ma’lum.
Bu qonuniyatga ko‘ra, mikroprotsessorlarning hisoblash imkoniyatlari chiplarning
zichligini kattalashtirish va ularning o‘lcVAlarini kichraytirish hisobiga har ikki
yilda ikki marotabaga ortadi. Bu qonun universal bo‘lib chiqdi va 40 yildan beri
boshqa, molekulyar biologiya, mikromexanika, mikrosistemali texnika kabi
“kritik” texnologiyalar sohasida bajarilmoqda. Bu qonunning davom etishi yaqin
kelajakda elektronikani mikrostrukturadan nanostrukturaga so‘zsiz olib keladi:
tranzistorlar va elektronikaning diskret boshqa elementlari tez orada sanoqli
atomlardan tashkil topgan bo‘ladilar. Bugun nanotexnologiyalar mikroelektronli,
optik, biologik va boshqa zamonaviy texnologiyalarning davomi hisoblanadilar.
Insoniyat taraqqiyotining tarixida yangi materiallar va texnologiyalarni
o‘zlashtirish bilan bog‘liq bo‘lgan bir necha tarixiy bosqichlarni ajratish mumkin.
Birinchi ilmiy - texnikaviy inqilob - industrial , YOKI energetik – Dj. Uatt 1769
yilda mukammallashtirilgan bug‘ dvigateliga asosiy patent olgan vaqtdan
boshlanadi, bu ishlab chiqarishning VAma turlarida, qishloq xo‘jaligida va
transportda mehnat samaradorligini keskin oshirdi. Ilmiytexnikaviy inqilob
temirdan mahsulotlar tayyorlash texnologiyalari evaziga amalga oshdi. Bu
texnologiyalarning mahsulotlari bizga odatiy makroolam bilan bog‘liq. XX asrning
60-yillarida, mikroelektronikaning rivojlana boshlashi bilan, ikkinchi ( axborot)
ilmiy-texnikaviy inqilobi boshlandi. Avtomobillar va boshqa harakatlanish
vositalari, stanoklar, asboblar makroskopik jismlarligicha qoldilar (chunki,
masshtab birligi bo‘lib odam tanasining o‘lchashlariishlatiladi), ammo,
boshqaruvchi elementlar, axborotni uzatish va qabul qilish qurilmalari nihoyatda
murakkablashib bordi, ularni tashkil etuvchi birlamchilari (tranzistorlar,
kondensatorlar, qarshiliklar) esa tobora minityuralashdi. Ikkinchi ilmiy-texnikaviy
inqilob mikromuhitda amalga oshirilgan kremniyli texnologiyalar bilan bog‘liq.
Olimlar, yaqin on yilliklar nanotexnologiyalar – uchinchi ilmiytexnikaviy inqilob
davri bo‘ladi deb, taxmin qilmoqdalar. Amerikalik olim E.Teller aytganidek:
“Kimki nanotexnologiyani boshqalardan oldin egallasa, XXI asr texnosferasida
yetakchi o‘rinni egallaydi ”. Nanotexnologiyalar nima? Birinchi marta, keyinchalik
nanotexnologiyalar deb - atalgan metodlar haqidagi fikrni, g‘oyani R.
Feynmanning 1959 yilda Kaliforniya texnologiya institutida Amerika fiziklari
jamiyatining Richard Fillips Feynman har yillik uchrashuvida aytgan “Mening
ko‘rishimcha, fizikaning prinsiplari yakka atomlar bilan ish ko‘rishni
ta’qiqlamaydi ”so‘zlari bilan bog‘laydilar. U nanotexnologiya tushunchasini
atomlar va molekulalarni manupulyatsiyalash yo‘li orqali aytilgan atomar tuzilishli
mahsulotni ishlab chiqarish metodlarining majmuasi sifatida kiritdi.
“Nanotexnologiya” termini inglizcha “nanotexnologiy” so‘z birikmasining
o‘zbekcha ekvivalentidir. Nanotexnologiyalar o‘lchashlari fazofiy o‘lcVAlarning
hech bo‘lmaganda bittasida 100 nm dan kichik materiallar va ob’ektlar bilan ish
ko‘radi. Biroq o‘lchash omili YOKI nanometrlar masshtabiga “yopishib” olish –
nanotexnologiyalarda eng asosiysi emas. Eng muhim va hal qiluvchi bo‘lib,
ob’ektlar o‘cVAlarining nanoo‘lcVAlargacha kichiklashuvi bilan bog‘liq bo‘lgan
yangi kvant xossalarning mavjudligidir.
|