Твердотельная электроника — это полупроводниковая электроника: электронное оборудование , в котором используются полупроводниковые устройства, такие как транзисторы , диоды и интегральные схемы (ИС). [1] [2] [3] [4] [5] Этот термин также используется как прилагательное для устройств, в которых полупроводниковая электроника, не имеющая движущихся частей, заменяет устройства с движущимися частями, например твердотельное реле, в котором транзистор переключатели используются вместо электромеханического реле с подвижным рычагом или твердотельного накопителя (SSD) — типа полупроводниковой памяти , используемой в компьютерах для замены жестких дисков , которые хранят данные на вращающемся диске. [6]
Термин «твердотельный» стал популярным в начале эры полупроводников в 1960-х годах, чтобы обозначить эту новую технологию. Полупроводниковое устройство работает, управляя электрическим током, состоящим из электронов или дырок , движущихся внутри твердого кристаллического куска полупроводникового материала, такого как кремний , в то время как термоэлектронные вакуумные трубки, которые оно заменило, работали, управляя током электронов или ионов в вакууме внутри герметичной трубки. .
Хотя первым твердотельным электронным устройством был детектор «кошачьих усов» , грубый полупроводниковый диод, изобретенный примерно в 1904 году, твердотельная электроника началась с изобретения транзистора в 1947 году . [7] До этого во всем электронном оборудовании использовались электронные лампы , потому что Электронные лампы были единственными электронными компонентами , способными усиливать сигнал, что является важной функцией всей электроники. Транзистор, который был изобретен Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Брэттеном во время работы под руководством Уильяма Шокли в Bell Laboratories в 1947 году [8] , также мог усиливать и заменять электронные лампы. Первая транзисторная Hi-Fi система была разработана инженерами GE и продемонстрирована в Университете Филадельфии в 1955 году. [9] С точки зрения коммерческого производства, Fisher TR-1 был первым «полностью транзисторным» предусилителем , который стал доступен в середине -1956. [10] В 1961 году компания Transistronics выпустила твердотельный усилитель TEC S-15. [11]
Замена громоздких, хрупких, энергоемких электронных ламп на транзисторы в 1960-х и 1970-х годах произвела революцию не только в технологиях, но и в привычках людей, сделав возможной первую по-настоящему портативную бытовую электронику , такую как транзисторный радиоприемник , кассетный проигрыватель , рация . -телефоны и кварцевые часы , а также первые практичные компьютеры и мобильные телефоны . Другими примерами твердотельных электронных устройств являются микропроцессорный чип, светодиодная лампа, солнечный элемент , датчик изображения с зарядовой связью (CCD), используемый в камерах, и полупроводниковый лазер .
Также в 1960-х и 1970-х годах производители телевизоров перешли с электронных ламп на полупроводники и рекламировали телевизоры как «100% твердотельные» [12] , хотя электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) все еще была вакуумной трубкой. Это означало, что только шасси было на 100% твердотельным, не считая ЭЛТ. В ранних рекламных объявлениях это различие подчеркивалось, [13] но более поздние рекламные объявления предполагали, что аудитория уже была осведомлена об этом, и сокращали его до «100% твердотельного». Можно сказать, что светодиодные дисплеи действительно на 100% твердотельные. [14]