Твердотельная электроника — это полупроводниковая электроника: электронное оборудование , в котором используются полупроводниковые приборы , такие как транзисторы , диоды и интегральные схемы (ИС). [1] [2] [3] [4] [5] Этот термин также используется в качестве прилагательного для устройств, в которых полупроводниковая электроника, не имеющая подвижных частей, заменяет устройства с подвижными частями, например, твердотельное реле , в котором транзисторные переключатели используются вместо электромеханического реле с подвижным рычагом , или твердотельный накопитель (SSD) — тип полупроводниковой памяти, используемый в компьютерах для замены жестких дисков , которые хранят данные на вращающемся диске. [6]
Термин «твердое тело» стал популярным в начале эры полупроводников в 1960-х годах, чтобы отличить 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 «кошачий ус» , грубый полупроводниковый диод, изобретенный около 1904 года, твердотельная электроника началась с изобретения транзистора в 1947 году. [7] До этого во всем электронном оборудовании использовались электронные лампы , поскольку только электронные лампы могли усиливать — важнейшая возможность во всей электронике. Транзистор, изобретенный Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Браттейном во время работы под руководством Уильяма Шокли в Bell Laboratories в 1947 году, [8] также мог усиливать и заменил электронные лампы. Первая транзисторная hi-fi-система была разработана инженерами GE и продемонстрирована в Филадельфийском университете в 1955 году . [9] С точки зрения коммерческого производства Fisher TR-1 был первым «полностью транзисторным» предусилителем , который стал доступен в середине 1956 года. [10] В 1961 году компания Transis-tronics выпустила твердотельный усилитель TEC S-15. [11]
Замена громоздких, хрупких, энергоемких электронных ламп транзисторами в 1960-х и 1970-х годах произвела революцию не только в технологиях, но и в привычках людей, сделав возможным появление первой по-настоящему портативной бытовой электроники, такой как транзисторный радиоприемник , кассетный плеер , рация 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 на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), 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 электронной трубкой. Это означало, что только шасси было 100% твердотельным, не включая ЭЛТ. Ранняя реклама разъясняла это различие, [13] но более поздняя реклама предполагала, что аудитория уже была обучена этому, и сокращала это просто до «100% твердотельного». Можно сказать, что светодиодные дисплеи действительно 100% твердотельные. [14]