Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны



Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны
Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны

 

H03K3/00 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2507679:

Подвигалкин Виталий Яковлевич (RU)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных СВЧ-микроблоков с вакуумными интегральными схемами (ИС) и другими схемами. Технический результат - возможность миниатюризации полной системы логических элементов с уменьшением потерь электромагнитной энергии, распространение интегральности по третьей координате, послойно располагая активные топологические СВЧ-структуры. Для этого в предлагаемых СВЧ-переходах между слоями интегральных схем симметрично друг под другом располагаются в одном случае клинообразный вертикальный переход, в другом - террасовидный вертикальный переход, включающие каждый свои микрополости, а над ними нависающие кромки пленочных элементов рабочих топологий с тупыми углами заданной величины между ними и стенками микрополостей. 7 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных микроблоков логических СВЧ-систем обратной волны сверхвысоконадежных ЭВМ, способных эксплуатироваться в экстремальных условиях.

Ключевые слова: микропрофиль, микрополость, микроблок, СВЧ-переход, логический элемент, миниатюризация.

Известны полупроводниковые интегрально-оптические объемные структуры с волноводными соединениями, представленные в книге [Свечников Г.С. Элементы интегральной оптики. М.: Радио и связь, 1987. - 104c.], где на рис.6г, стр.23 показаны объемные кремниевые структуры с планарными (2D) соединениями, где присутствуют потери, обусловленные втягиванием электромагнитных полей в структуры.

Предлагаемые варианты соединений неприемлемы для решения грядущей задачи конструирования вакуумных СВЧ-микроблоков, когда взаимодействие электромагнитных полей и излучений должны быть без потерь.

В этой же книге на стр.60, на рис.36/14 приведен полупроводниковый объемный многоуровневый микроблок с террасовидным переходом инжекционного полупроводникового лазера с двойной гетероструктурой. Однако объемные многоуровневые структуры, основанные на технологии полупроводниковой микроэлектроники, с применением множества ингредиентов, являются дорогостоящими, что исключает их применение для получения вакуумных приборов на основе объемных ИС. Кроме того, недостатки, о которых сказано относительно предыдущего предложения, также относятся к недостаткам и этого примера.

Наиболее близкими по технической сущности решаемых задач к заявляемому изобретению являются объемные микроблочные микросхемы в совокупности с их диэлектрическим носителем: несимметричная полосковая линия; коаксиальная линия и Т-переход между ними, описанные в книге [Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ - элементная база аналоговой и цифровой радиоэлектроники. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат лит., 1987. - 112 с.], где приведено множество "многоэтажных" (многослойных - так принято в микроэлектронике) микроблоков с "межэтажными" (межслойными) соединениями - переходами, см. рис.2.1-2.10, стр.32, 34, 35, 37, 38, 40, 41, 44, 45. Топологические структуры расположены на подложках-носителях толщинами 0,5-2,0 мм.

Однако предлагаемые объемные микроблочные схемы с соединениями и переходами непригодны для создания логически полной системы элементов для ЭВМ на базе вакуумных ИС, поскольку существуют различного рода неоднородности на пути передачи СВЧ-энергии с одного слоя на другой диэлектрика большой толщины и веса, к тому же диэлектрические носители из-за поглощения ими СВЧ-энергии при его нагревании в процессе работы прибора втягивают в себя электромагнитные поля автоколебательных устройств с протяженным взаимодействием электронных пучков с этими полями, а горячие электроны при этом разрушают токопроводящие топологические структуры, что делает невозможным миниатюризацию вакуумных устройств и приводит к фундаментальному научно-технологическому [1] ограничению-пределу в развитии миниатюризации электронного приборостроения по причине возрастания потерь электромагнитной энергии в диэлектрическом носителе, в результате чего топологические токопроводящие пленки разрушаются - это обусловлено конструктивными трудностями и необходимостью обеспечения эффективного взаимодействия физических полей и излучений, зависящих от решения вопросов конструирования и технологии изготовления [Фундаментальные пределы в радиоэлектронике и смежных областях // ТИИЭР. - 1981. - Т.69. - №2. - С.3-7].

Таким образом, существующие схемы и конструкции переходов для перевода, например, СВЧ-энергии посредством полосков сквозь материал диэлектрического носителя неэффективны из-за значительного затухания, при затягивании ее в носитель, с одной стороны, с другой - токопроводящие микрополоски требуют для себя дополнительной площади для своего размещения, что существенно снижает уровень как планарной интегральности, так и объемной, в то время, когда авиационная и ракетно-космическая техника выдвинули жесткие требования на надежность и массогабаритные параметры РЭА, на своевременность получения информации, ее достоверность и высокое качество.

Задачей изобретения является создание микроблочных объемных конструкций интегральных схем логических СВЧ-систем обратной волны, вакуумных микросхем СВЧ путем использования базовых плавных переходов передачи электромагнитной энергии между слоями автоколебательных ИС с протяженным взаимодействием электронных пучков с электромагнитными полями с их минимальными потерями с целью уменьшения в объемах перспективных электровакуумных систем.

Для получения такого технического результата был разработан микропрофиль структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы и способ его изготовления [2]. Предложенным изобретением решена задача создания типового компоновочного конструктива микропрофиля структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы с повышенным уровнем интеграции и уменьшением потерь СВЧ-энергии в диэлектрическом носителе (фиг.1).

Микропрофиль структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы содержит расположенные на расстоянии (с зазором) друг от друга пленочные элементы рабочей топологии, сопряженной с поверхностью диэлектрического носителя топологических структур, в теле которого выполнена симметрично совмещенная с рабочей топологией микрополость с образованием над ней нависающих кромок пленочных элементов рабочей топологии и углом между ними и стенками микрополости заданной величины, микрополость в диэлектрическом носителе выполнена сквозной и с углом β между ее стенкой - образующей - и нависающей кромкой пленочного элемента рабочей топологии, выбранным из диапазона 90°<β≤135°.

Недостатком данного технического решения является невозможность передачи СВЧ-энергии без потерь с одного слоя вакуумной ИС на другой при сопряжении слоев со сторон, противоположных топологическим токопроводящим структурам.

Для конструирования микроблочных объемных конструкций из планарных ЗС автором был разработан еще один микропрофиль (фиг.2) [3]. Такой микропрофиль принципиально отличается от предыдущего скрученной гранью, у которой образующая изменяет первоначальный угол β между токопроводящим микрополоском и гранью на угол β′ на изгибе до законцовки. Такой конструктив микропрофиля позволяет вместе с конструктивом микропрофиля, где угол β постоянный, разработать межслойные вертикально сквозные полые переходы (фиг.3 и 4), которые чрезвычайно необходимы для конструирования микроблочных объемных конструкций, конструкций систем обратной волны [4-6] и [др.] для высоконадежных ЭВМ, в которых нуждаются системы управления летательных объектов техники.

В предлагаемом микроблоке содержатся координатно размещенные, в одном случае клинообразный вертикальный переход, в другом - террасовидный вертикальный переход с расположенными симметрично друг под другом ИС, включающие свои полые профили с пленочными элементами рабочих топологий, сопряженных с поверхностями диэлектрических носителей (технически оправданными толщинами 70-100 мкм), в теле которых выполнены симметрично совмещенные с рабочими топологиями вертикально сквозными полостями с образованием над ними нависающих кромок пленочных элементов рабочих топологий (микрополосков), где типовой угол β переходит в угол β′, изменяющийся в диапазоне 135°≤β′≤150°. Угол β′ между образующей микропрофиля и нависающей кромкой над ней топологических токопроводящих структур образует скрученный микропрофиль, смотрите на с.635-661 справочник [Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры. Под. ред. P.P.Варламова. М.: «Сов. радио», 1972. - 856 с.].

Необходимо отметить, что в мировой практике существует тенденция («Электроника и информационные технологии» в книге [Хартман У. Очарование нанотехнологии / У.Хартман; пер. с нем. - 2-е изд., испр. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 173c.]) использования кремниевой (самой дорогой технологии) технологии и размещения на площади в 64 мм до 540 миллионов элементов, идет работа по освоению еще больших площадей кремниевых пластин. Об интегральности по третьей координате нет речи. При послойном размещении вдоль третьей координаты плат с топологическими структурами и предлагаемыми межслойными переходами ИС, взяв в набор максимальную каждую толщину 100 мкм, по вертикали, перспектива возрастания коэффициента интегральности до 5·105 станет реальностью, включая все вместе взятые топологические структуры ИС и переходов в одном кубическом сантиметре (фиг.5). Возникнет возможность оценить уровень миниатюризации быстродействующих опто- и радиоэлектронных систем и определить области применения таких системных устройств.

При этом вакуумные интегральные системы, например, объемом в один кубический сантиметр будут иметь, в перспективе, одну общую магнитную систему, что весьма важно, когда большую роль играет объем и вес отдельных изделий и объектов техники в целом.

Предлагаемое изобретение характеризуется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - микропрофиль: 1 - диэлектрический носитель, 2 -токопроводящая пленка, 3 - микрополость, 4 - образующая, Δ - кромка, L -зазор, β - угол, h - высота микрополости;

на фиг.2 - микропрофиль: 1 - диэлектрический носитель, 2 -токопроводящая пленка, 3 - микрополость, 4 - образующая, Δ - кромка, L -зазор, β - угол постоянный, β′ - угол измененный, h - высота микрополости;

на фиг.3 - волноводный переход межслойный типа "клин": 1, 2 -диэлектрический носитель, 3, 4 - микронолости, 5, 6 - токопроводящие пленки, 7 - соединение, АВ - ребра микропрофилей, γ - угол наклона токопроводящей пленки;

на фиг.4 - волноводный переход межслойный типа "терраса": 1, 2 -диэлектрический носители, 3, 4 - микрополости, 5, 6 - токопроводящие пленки, АВ - ребра микропрофилей, γ - угол наклона токопроводящей пленки, h - толщина диэлектрического носителя;

на фиг.5 - объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических СВЧ-систем обратной волны (модель из ЗС типа "встречные штыри"): 1, 2 - диэлектрические носители, 3, 4 - токопроводящие пленочные элементы рабочей топологии, 5 - микрополость перехода типа "клин", 6 - микрополость перехода типа "терраса", h - толщина диэлектрических носителей. На модели показаны также формы межслойных вакуумных СВЧ-переходов.

Предлагаемая модель объемного микроблока вакуумных интегральных схем логических СВЧ-систем обратной волны (см. фиг.5) содержит диэлектрические носители 1 и 2, пленочные элементы 3 и 4 рабочей топологии, которые предназначены для несения определенных электрических зарядов и эффективного взаимодействия с электромагнитным полем окружающей среды. В диэлектрических носителях 1 и 2 толщинами h, выбранными из размерного ряда 70-100 мкм (в зависимости от прочностных параметров), выполнены вертикально сквозные микрополости: 5 - микрополость СВЧ-перехода типа "клин", 6 - микрополость СВЧ-перехода типа "терраса". Каждая планарная интегральная структура содержит вертикально сквозные СВЧ-микропрофили, образующие вертикально сквозные СВЧ-микрополости, с образованием над ними нависающих кромок токопроводящих пленочных элементов рабочей топологии и углами между ними и стенками микрополостей заданной величины, микрополости в диэлектрических носителях выполнены вертикально сквозными и с углами β-постоянный (см. фиг.1) и β′ - переменный между их стенками - образующими - и нависающими кромками токопроводящих пленочных элементов рабочих топологий (см. фиг.2), выбранными: в первом случае из диапазона 90°<β≤135°, во втором случае из диапазона 135°≤β′≤150°, причем микропрофили, в местах межслойных соединений в контакт пленочными элементами 3 и 4, образуют конструкции типа "клин" и "терраса". Платы сопряжены соединением 7 в технически оправданных местах.

Предлагаемая модель объемного микроблока вакуумных интегральных схем позволяет создавать практически со всеми тонко- и толстопленочными элементами полную систему логических элементов. Данную типовую конструкцию модели микроблока можно применять при проектировании и изготовлении вакуумных логических элементов СВЧ-диапазона, а также в создании интегральных оптических систем.

На примерах реализации модели можно описать работу микроблоков ИС двух логических элементов.

Примеры реализации

Фиг.6 - объемный микроблок из вакуумных СВЧ-ИС ЗС "Триггер": а): 1, 2 - однослойные планарные вакуумные микросхемы, 7, 8 - микрополости типа клин и терраса соответственно; b): 2 - микросхема нижняя, f1 и f2 - СВЧ-частоты ЗС, а и b - направления перемещения СВЧ-волн, Вх. - вход микросхемы, Вых. - выход микросхемы, Эп1 и Эп2 - направления излучений электронных потоков; с): 1 - микросхема верхняя, 3 - вертикально сквозной СВЧ-переход типа клин, 4 - вертикально сквозной СВЧ-переход типа терраса, 5 - токопроводящие пленки, 6 - соединение. Возможны и несколько иные микроблочные конструкции СВЧ-схемы триггера (запоминающего устройства) сконструированного из двух ключей.

Работа триггера с кодировкой информации 1 - наличие сигнала, 0 - отсутствие такового. В исходном состоянии триггер генерирует колебания одной из частот f1 или f2. При подаче на вход устройства радиоимпульса достаточной амплитуды и длительности, с частотой, близкой к частоте генерации устройства в исходном состоянии, совершается переключение триггера. Амплитуда, необходимая для переключения, зависит от длительности входящего радиоимпульса. Стабильность работы достигается тем, что генерация частоты f1 во второй секции одной системы обратной волны препятствует развитию колебаний частоты f2 во второй секции другой за счет предварительной модуляции пучка и наоборот.

Фиг.7 - объемный микроблок из вакуумных СВЧ-ИС ЗС логический элемент "ИЛИ - И": а): 1, 2 - микросхемы верхняя и нижняя, b): 2 -микросхема нижняя, f1 и f2 - СВЧ-частоты ЗС, с и d - направления движения СВЧ-волн, F1вх и F2вх - СВЧ-входы, Эп1 и Эп2 - направления излучений электронных потоков; с): 1 - микросхема верхняя, f1 и f2 - СВЧ-частоты ЗС, Эп3 и Эп4 - направления электронных потоков, Fвых - выход микроблока; d): 1 - микросхема верхняя, 2 - микросхема нижняя, 3, 4 - токопроводящие пленки, L1 и L2 - зазор межполосковый, Δ1 и Δ2 - кромки нависающие.

Четыре вакуумных СВЧ-ключа соединены в конструкции симметрично. Конкретная функция принятой кодировки, выполняемой данным логическим элементом, допустим 0 - частота f1, 1 - частота f2, или наоборот. При сохранении заданной кодировки функция логического элемента меняется изменением рабочих частот секций f1 на f2 и f2 на f1. Существование двух генераторных секций с частотой f1 (вторая и третья системы обратной волны) обеспечивает наличие выходного сигнала при подаче входного хотя бы на один вход микроблока, при этом совершится функция "ИЛИ". При подаче сигнала на другой вход микроблока кодировка функции "ИЛИ" изменится на "И".

Предлагаемая конструкция модели микроблока ИС с межслойными щелевыми, вертикально сквозными переходами с заданным координатно-позиционным расположением в диэлектрических носителях в слоях позволяют создавать объемные (3D) вакуумные интегральные схемы приборов систем обратной волны. Модель микроблочной конструкции вакуумных ИС позволяет получать полную систему логических элементов высоконадежных ЭВМ для систем управления навигации движущихся объектов техники. Радиоимпульсное аналого-цифровое представление информации превосходит по надежности и качеству цифровое.

ЛИТЕРАТУРА

1. Синицын Н.И. Возможности вакуумной микроэлектроники на пути к построению СВЧ-вакуумных интегральных схем. / Н.И.Синицын, Ю.В.Гуляев, Н.Д. Девятков и [др.] // Радиотехника, 1999. М.. С.8-18.

2. Патент RU 2404481 С1. Микропрофиль структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы и способ его изготовления / Подвигалкин В.Я. 2010. Бюл. №32.

3. Заявка №2011131616 от 27.07.2011. Микропрофиль структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы и способ его получения / В.Я.Подвигалкин.

4. А.С. СССР №1522992. СВЧ триггер. / Голант М.Б., Гриценко А.В., Ефимов B.Н, Захарченко Ю.Ф., Синицын Н.И. // 1989.

5. А.С. СССР №1600572. СВЧ триггер / Голант М.Б. и [др.] // 1990.

6. А.С. СССР №1600573. СВЧ триггер / Голант М.Б. и [др.] // 1990.

Микроблок объемных интегральных вакуумных схем логических СВЧ-структур, содержащий в объеме одну над другой планарные интегральные микросхемы с заданным координатно-позиционным расположением на подложках-носителях, отличающийся тем, что каждая планарная интегральная структура содержит вертикально сквозные микропрофили, образующие вертикально сквозные микрополости, с образованием над ними нависающих кромок пленочных элементов рабочей топологии и углами между ними и стенками микрополостей заданной величины, микрополости в диэлектрических носителях выполнены вертикально сквозными и с углами β-постоянный и β′-переменный между их стенками -образующими - и нависающими кромками пленочных элементов рабочих топологий, выбранными: в первом случае из диапазона 90°<β≤135°, во втором случае из диапазона 135°≤β′<150°, причем микропрофили, в местах межслойных соединений в контакт пленочными элементами, образуют конструкции типа "клин" и "терраса" в диэлектрических носителях, у которых толщины выбраны из размерного ряда 70-100 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в изделиях различных отраслей техники. Технический результат состоит в исключении подвижных частей.

Изобретение касается системы для зарядки конденсатора (100), включающей модуль зарядки конденсатора (110), изолированный модуль получения данных (120) и цифровой управляющий модуль (130).

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике, предназначено для получения импульсов напряжения до нескольких мегавольт и может быть использовано в составе электрофизических установок, в частности в мощных импульсных ускорителях электронов прямого действия.

Изобретение относится к области заряда емкостных накопителей электрической энергии и может быть использовано в импульсной технике в качестве вторичных источников электрической энергии.

Изобретение относится к технике формирования импульсов тока в устройствах оптической накачки лазеров, например в источниках светодиодной накачки или в источниках питания импульсных газонаполненных ламп накачки с разрядом через лампу накопительного конденсатора.

Изобретение относится к технике формирования импульсов тока, в частности к устройствам питания импульсных газонаполненных ламп накачки твердотельных лазеров с разрядом через лампу накопительного конденсатора.

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, может быть использовано для избирательного радиоподавления источников излучения. Технический результат - расширение области применения, в том числе для радиоподавления каналов связи априорная информация о загруженности рабочих частот которых не известна, и которые используют режим с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Изобретение относится к области цифровых систем приема и обработки сигналов и предназначено для уменьшения влияния аддитивных случайных импульсных помех. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для получения наносекундных импульсов высокого напряжения большой частоты следования, которые могут быть использованы для питания лазеров и рентгеновских трубок.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу формирования графеновых полевых эмиттеров, используемых в различных электровакуумных устройствах, базирующихся на эмиссии электронов.
Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к изготовлению электронно-лучевых трубок. .

Изобретение относится к точному приборостроению и, в частности, к изготовлению электронных приборов. .
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в производстве газоразрядных индикаторных панелей (ГИП). .

Изобретение относится к электровакуумной промышленности. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и предназначено для производства средств отображения информации, в частности тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов.

Изобретение относится к устройству для впаивания и конкретно, касается устройства для впаивания электронного прожектора для фиксированного впаивания электронного прожектора в горловину баллона электронной лучевой трубки.

Изобретение относится к сборке линейной электронной пушки в многолучевой электронно-лучевой трубке, и в частности к увеличению жесткости электронного элемента подобной сборки пушки.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к технологии изготовления компактной люминесцентной лампы (ЛЛ). .

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к способам изготовления и герметизации вакуумных приборов. Технический результат - повышение качества изготавливаемого вакуумного прибора за счет отсутствия выступающих частей на его корпусе, снижение трудоемкости и повышение технологичности изготовления прибора. Корпус прибора располагают в вакуумной камере на держателе отверстием вверх, при этом ось отверстия располагается вертикально, а после откачки прибора и обезгаживания его в вакуумной камере производят герметизацию отверстия в корпусе путем нанесения на него герметизирующего материала, например капли индия. Вакуумная камера для изготовления прибора снабжена устройством дозированной подачи герметизирующего материала, которое содержит конусный цилиндр, с герметизирующим материалом, снабженный отверстием в нижней части и закрывающим это отверстие фиксирующим элементом. После прогрева прибор перемещают под устройство нанесения герметизирующего материала, совмещая ось отверстия корпуса прибора с осью отверстия конусного цилиндра устройства дозированной подачи герметизирующего материала. Фиксирующий элемент открывает отверстие, при этом дозированная порция герметизирующего материала капает на расположенное под устройством отверстие корпуса прибора, надежно герметизируя его. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх