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Électronique

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Vue de l'intérieur d'un microprocesseur.

L'électronique est la science utilisant et contrôlant les électrons pour tous les appareils modernes que nous utilisons comme le traitement des signaux électriques. Elle s'est développée depuis le début du XXe siècle.

La radiophonie, la télévision , le radar, les composants pour l'informatique en sont des applications de tous les jours.

Historique de l'électronique[modifier | modifier le wikicode]

Un peu avant 1900, à la même époque que le début de la révolution très rapide de la médecine, asepsie, vaccins, pétrole, moteurs, des voitures, avions et ondes radios, on a commencé à utiliser et perfectionner les ondes radio électromagnétiques découvertes par Hertz en 1888 un peu avant.

Les premiers essais étaient très rudimentaires et difficiles, mais déjà très utiles, comme par exemple pour les ondes radio utilisées pour les messages en Morse de détresse du Titanic en train de sombrer en 1912, ce qui a permis de sauver plein de naufragés néanmoins,

Ainsi l'électronique avec tube électronique avec les électrons lancés sous vide contrôlés par des électrodes, puis le transistor basé sur les semi-conducteurs très purs, avec des impuretés qui permettent ce contrôler leur conductivité, a été inventée d'abord pour émettre et recevoir ces ondes radio de mieux en mieux.

Vers 1900[modifier | modifier le wikicode]

Au début on avait rien pour émettre et recevoir ces ondes radio que la méthode de Hertz, celle des éclairs des étincelles similaires à la foudre pour émettre, et pareil pour la réception avec des très petites étincelles entre petites pointes, néanmoins très astucieuse basée sur la compréhension des équations de Maxwell de l'électromagnétisme établies dans les années 1860, qui résument quantitativement toutes les découvertes sur l'électricité faites entre entre 1800 et 1850.

Ainsi Hertz avait déjà des résonateurs à une fréquence précise des ondes, qui existent toujours actuellement dans nos téléphones mobiles, mais alors avec que des éclateurs pour émettre et réceptionner sur à peine quelques mètres, sans aucun amplificateur.

Ensuite pour émettre les ondes on a utilisé des énormes alternateurs très puissants et aussi inefficaces. Pour détecter les ondes est apparu le cohéreur de Branly, tube plein de limaille métallique qui changeait de résistance après le passage des ondes.

Après 1917[modifier | modifier le wikicode]

Après on a utilisé un détecteur diode à galène, premier semi-conducteur sulfure de plomb, pas assez pur, mais qui faisait diode et détecteur avec un fil métallique bien positionné dessus.

Après pour amplifier et contrôler ces ondes, une longue série de découvertes très vite vont se multiplier basées sur toutes les connaissances en physique.

Pour amplifier on a inventé le tube électronique ou lampe radio, basée sur la découverte des électrons émis dans le vide par un métal très chaud. Ainsi on a pu amplifier les signaux et ondes fortement. Il est devenu possible avec un bon rendement d'émettre et recevoir fort loin les ondes radio à l'autre bout du monde dés les années 1920 et utilisées encore jusqu'en 1970.

Années 1930 à 1940[modifier | modifier le wikicode]

Enfin après études approfondies, dans les année 1920 à 1940, sur les propriétés des métaux et isolants, avec des électrons dans les semi-conducteurs, germanium ou silicium, très purs avec des impuretés en quantités très contrôlées ( après synthèse de cristaux très purs indispensables toujours indispensables actuellement ), le transistor a été inventé en 1947 qui contrôle un grand courant avec un bien plus petit courant.

Après 1947[modifier | modifier le wikicode]

À la suite de ces travaux sur les semi-conducteurs, le transistor bipolaire a été réalisé pour la première fois le 23 décembre 1947 par les Américains John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain, chercheurs des Laboratoires Bell.

Ces chercheurs ont reçu pour cette invention le prix Nobel de physique en 1956.

Toute notre vie a été révolutionnée depuis par cette invention en la rendant de plus en plus petite avec des millions de transistors sur un cm2, taille approchant quelques atomes, que nous utilisons tous sans cesse dans notre vie partout, smartphone, sans cette invention nous ne serions pas sur vikidia à lire et à apprendre.

Juste après John Bardeen, a abandonné le transistor, et s'est concentrè sur le mystère de la supraconductivité (résistance nulle de certains métaux) pour en découvrir et expliquer son mécanisme en 1957 (condensation des paires de Cooper) et gagner un second prix Nobel.

Le principe du transistor est plus complexe que celui des lampes radio, mais similaire, qui utilise tout moyen de modifier un grand courant avec une petite énergie d'un petit courant (transistor bipolaire) ou une petite tension similaire au tube électronique en bien plus petit et sans chauffage (transistor à effet de champ).

Le transistor à effet de champ avec le champ électrique d'une tension électrique modifie la largeur d'un conduit conducteur dans un semi-conducteur qui passe ainsi de conducteur à isolant et bloque le courant fort avec une faible tension et une faible énergie.

Puces avec des milliards de transistors[modifier | modifier le wikicode]

Un semi-conducteur est un corps capable d'être conducteur ou isolant, suivant les conditions, fabrications avec des impuretés (dopage très précis) ou une tension électrique.

Les charges mobiles sont soit des électrons négatifs noté N, soit des manques d'électrons appelés P car trous positif d'électrons, notés P, dans les 3 parties des transistors écrites NPN ou PNP.

Une diode qui laisse passer le courant que dans un seul sens, redressant le courant est formée d'une jonction NP ou PN.

Circuit électronique et circuit intégré[modifier | modifier le wikicode]

La miniaturisation des transistors depuis 1947, est devenue gigantesque.

Elle a commencé en 1958 avec le premier circuit intégré de quelques transistors par Kilby, prix Nobel de physique en 2000.

Cette électronique a été développée et financée pour les missiles balistiques US et le programme Apollo pour aller sur la Lune en 1969 avec les seuls ordinateurs avec circuits intégrés utilisés dans la décennie 1960.

Leur taille a diminué sans cesse, quelques microns dans les années 1970 à 1980 dans les circuit électronique, en 2004 0,13 μm, en 2022 5nm, grâce à des méthodes de micro-gravure.

Cette photolithographie est réalisée avec des masques de vernis, par évaporation de couches de métaux, d'oxydation pour les couches isolantes, en dopant en N ou P le semi-conducteur, en gravant les masques avec la lumière, des rayons ultraviolets, des rayons X pour les gravures ultrafines de quelques nanomètres, avec des méthodes de contrôle et de correction des erreurs, dans des salles blanches sans la moindre poussière qui pourrait détruire un transistor.

Ces circuits avec des transistors de plus en plus perfectionnées, de plus en plus rapides dans les gigahertz, actuellement avec une taille proche des atomes, quelques nanomètres, sont devenus la base de l'électronique actuelle des ordinateurs avec des milliards de transistors .

Ce domaine est devenu immense, avec des usines très peu nombreuses ( 20 fabricants essentiels, le développement d'une puce coute des dizaines de millions de dollars et donc il faut les vendre par millions voire milliards ), très secrètes, très stratégiques, au niveau industriel et politique, car très propres, sans la moindre poussière, avec des investissements colossaux par milliards d'€ ou de dollars, pour fournir des transistors de quelques nanomètres par milliards sur une seule puce, nécessaires pour par exemple les téléphones portables utilisés par les 8 milliards d'hommes sur terre, aussi bien que pour les automobiles.

Pénurie passée et future en électronique[modifier | modifier le wikicode]

L'électronique est devenue très stratégique, indispensable pour les militaires, pour toute l'industrie en particulier automobile et donc avec très peu d'usines des pénuries se sont produites ( en disques durs avec l'inondation de Bangkok, manque de puces pour l'automobile suite au conflit par la Russie ) et se produiront en cas d'inondations, de séismes forts, de conflit par exemple avec la Chine.

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