Комірки пам’яті на твердих електролітах

Для виготовлення елементів (комірок) пам'яті в розплав суперіонного провідника поміщають два вугільних електрода, на один з електродів попередньо напилюють метал, іони якого є носіями заряду в суперіонному провіднику.

У даному прикладі на один електрод нанесено срібло, а суперіонним провідником є йодид срібла (рис. 3.15). За прикладенням позитивного потенціалу на електрод з нанесеним сріблом, срібло починає розчинятися, іони срібла переходять в суперіонний провідник, і переносяться на інший електрод. Після того як шар срібла перенесеться на інший електрод, струм через осередок припиниться (стан запам’товується). Для відновлювання струму необхідно змінити полярність електродів.

Іоністери Якщо у розглянутому прикладі на електроди не наносити шар металу, то при прикладенні електричного поля рухливі іони зміщуються від одного з електродів, і в суперіонних провіднику з'являється замираючий шар. Інакше кажучи, ми маємо можливість створити конденсатор – іонітор. Ємність конденсатора пропорційна поверхні електродів і діелектричної проникності і обернено пропорційна відстані між електродами або товщині замикаючого шару. Оскільки поверхня одного з електродів можна бути дуже великою, використовуючи в якості електрода активоване вугілля (до 2500-3000 см²/г), товщина замикаючого шару невелика – близько 7-10 нм, а діелектрична проникность іонних сполук досить велика, тоді ємність отриманих конденсаторів досягає дуже великих величин, при цьому розміри конденсатора досить малі. Типова ємність іоністора – кілька фарад. Дешеві іоністори на 3,3 В та ємностю приблизно в 1 Ф мають розміри пари таблеток. Принцип дії іонітсорів заснований на появі подвійного електричного шару на межі розділу електрода і електроліта (рис. 3.16)

З появою іоністоров стало можливим використовувати конденсатори в p-n електричних колах і як джерело струму. Такі елементи мають декілька переваг над звичайними хімічними джерелами струму - гальванічним елементами та акумуляторами: високі швидкості зарядки і розрядки, простота зарядного пристрою, мала деградація навіть після сотень тисяч циклів заряду / розряду, мала вага в порівнянні з електролітичними конденсаторами подібної ємності, низька токсичність, матеріалів, висока ефективність (більше 95%), неполярність.

Але є й недоліки: питома енергія менша, ніж у традиційних джерел, напруга залежить від ступеня зарядженості, малий термін служби (сотні годин) на граничних напругах заряду, великий внутрішній опір в порівнянні з традиційними конденсаторами та деякі інші.

Разом з тим є думка що, іоністори можуть незабаром замінити звичайні акумулятори. Вже запропонований акумулятор на основі іоністора, в якому в пористий матеріал були введені наночастинки заліза. Отриманий подвійний електричний шар пропускав електрони в два рази швидше за рахунок створення тунельного ефекту. Нині розробили новий матеріал – пористий тривимірний вуглець, який володіє властивостями суперконденсатора. Велика кількость крихітних пор і в поєднанні з електролітом можуть зберігати в собі колосальний електричний заряд.

 

3.5. Напівпровідникова та квантова електроніка (частково)

Напівпровідникова та квантова електроніка – окремі, самостійні та потужні науково -технічні галузі, які розв’язують свої задачі, але деякі розроблені пристрої та прилади цих галузей за всіма ознаками (див розд 1) можна віднести й до функціональної електроніки. Розглянемо два приклади: світлодіоди та напівпровідникові лазери.

Світлодіоди (світловипромінювальний діод) – напівпровідниковий прилад, який перетворює електричну енергію в енергію оптичного випромінювання на основі явища інжекційної електролюмінесценції у напівпровідниковому кристалі з p-n-переходом, гетеропереходом або контактом типу «метал- напівпровідник» (розд 2). Коли за світлодіодом тече струм, то в ділянки напівпровідника поблизу p-n переходу інжектуються надлишкові неосновні носії заряду – електрони та дірки. Рекомбінація цих зарядів з основними супроводжується оптичним випромінюванням некогерентного світла. Довжина хвилі випромінювання залежить від матеріалу напівпровідника та характеру його легування.

Світлодіоди для видимого та ближнього ІЧ-диапазонів виготовляють, головним чином, з напівпровідників групи А^IIIB^V(GaAs, GaP та ін.., див. розд 2.). Для одержання потрібного світіння матеріали легуються різними домішками. Наприклад, GaP, легований Zn та О, дає червоне світіння, а легований азотом – зелене.

Виробляють дискретні та інтегровані світлодіоди, їх використовують як джерела світла в оптронах (розд.3) та сигнальні індикатори в різних системах відображення інформації.

Напівпровідникові лазери (інжекційні) – перетворюють електричну енергію в енергію когерентного оптичного випромінювання, в ньомувикористовують випромінювальні квантові переходи між дозволеними енергетичними зонами (рис.3, 18 б).

Оптичне випромінювання виникає при умов інверсної заселеності електронами рівнів поблизу дна зони провідності Е_с та дірками – рівнів поблизу стелі валентної зони Е_V. При цьому ймовірність заселення зони провідності вищі, ніж валентної зони. Це забезпечує перевагу вимушеного випромінювання над поглинанням квантів світла. У якості лазерного матеріалу використовують напівпровідники GaAs, CdS, PbS, у яких квантовий вихід досягає 100%. Інверсія заповнення зон досягається під час проходження великого прямого струму через p-n- перехід (рис.3.18, а) за рахунок інжекції носіїв заряду у шар напівпровідника, прилеглого до переходу Найбільшрозповсюджені лазери на гетеропереходах. Гетеролазер складається з двох гетеропереходів: один типу p-n інжектує електрони (емітер), а другий типу p-p обмежує дифузійне розтікання носіїв заряду. Активний шар знаходиться між ними (рис.3.18, а)

Напівпровідники, з яких готують гетеропереходи, повинні бути різного

хімічного складу, але з майже однаковим періодом кристалічної гратки.