微電子技術與新技術革命

余修武，余員琴，黃海軍，杜秋來

YU Xiu-wu1,2，YU Yuan-qin1，HUANG Hai-jun1，DU Qiu-lai1

（1.江西渝州科技學院，新余 338029；2.武漢理工大學 資源與環境工程學院，武漢 430070）

1 新技術革命的發展背景

隨著現代生產以及人類現代文明迅速發展等多方面需求是新技術產生和發展的根本動力?，F代自然科學發展的巨大成就為新技術的誕生奠定了理論基礎；還有一個刺激新技術產生與發展的重要因素就是戰爭和對抗。如今社會的各個領域都離不開微電子、計算機、通信與信息、智能控制等新技術，電子技術且是這些新技術的基礎和支柱。新技術革命對人類的影響不僅是經濟，且擴及到政治、軍事、家庭和社會生活的各方面。

2 微電子技術與新技術革命的主要內容

2.1 微電子技術

電子器件的使用促進了電子技術的發展。進入微電子時代是從1978年研制成超大規模集成電路開始的，微電子技術是指在幾mm2的半導體材料上，制出10萬多個晶體管構成的微縮單元電路，并用這些電路裝配成各種微電子設備的總稱。近年來，廣義的微電子技術是指集成電路及其應用技術和生產的產品的總稱。該新技術節約材料、能源、空間和勞工，具有效率高，環境污染少等特點。

此技術廣泛向其他工業技術應用滲透，使傳統技術發生了質的變化。已滲透到諸如計算機、交通與通信、醫療衛生與生物工程、生產與制造等各方面[1]，引發機械工業大變革機械電子自動化。如數控機床、智能儀表、汽車自動化、機器人等，具有適應、判斷、決定、控制等高級功能。目前用該技術制成的心臟起搏器已植入人體，將來可制成神經元件植入人體，有助于恢復運動功能或視聽。微電子技術的發明和火的使用、蒸汽機的發明一樣，對人類來說具有劃時代的意義。該技術的誕生是當代電子技術的突破，并由此引發了電子技術領域的革命。

2.2 計算機技術革命

計算機技術與微電子結合后每6年左右運算速度提高10倍，成本降低10倍,體積縮小10倍。在超大型計算機發展的同時，微型計算機和微處理機也迅速發展。價格便宜、重幾十克、可放在火柴盒內的微型計算機，能高速運算，且十分精準。50多年來，電腦性能大幅提升，從千次/s運算，到現在100億次/s運算，提高了千萬倍；相對價格從1000萬$/萬次，下降到1$/萬次，價格也下降了千萬倍。該價格變化在技術史上實屬罕見。

大規模集成電路以硅為主要材料有體積上的限度，歐美與日本等國開始研制以生物材料制作芯片的生物計算機，即模擬人腦的第六代計算機。美國1983年提出了研制生物計算機的設想，1988年提出了投資4億美元研制神經網絡計算機計劃；日本1986年制定了開發生物芯片的10年計劃，1988年定為神經計算機元年；美國1995年的英特爾公司、卡爾斯巴德神經半導體公司已經向市場推出了神經網絡集成電路芯片[2]。計算機已全面滲透到社會各部門及人們的學習和生活中。各國都力圖駕馭這種計算機與信息化的社會進程，以便更快邁進高度社會信息化時代。

2.3 通信與信息技術革命

信息獲取、傳遞、處理等是信息技術的主要內容?！巴ㄐ牛嬎銠C＋智能軟件”促進了信息技術飛速的發展。通訊與計算機構建起來的全球網絡已成為有史以來建造的最大機器。計算機、數字化和衛星通信三種技術的融合，人類迎來了信息技術的第三次革命。一是文字發明，二是活字印刷，三是信息全球化革命?，F代信息技術已在新科學技術革命浪潮中獨占鰲頭。如今信息就是資本,信息就是生命，擁有最新有效信息，就擁有競爭發展優勢。

人類積累的知識，有人估算用光纖傳輸，只需4分鐘就可完成。綜合業務數字通訊網絡技術是以光纖通信為主體,衛星通信、無線通信為輔的智能化、寬帶化、信息化社會的一個主要標志。通信技術涵蓋數字、移動、光纖、衛星等通信內容。數字通信可高速傳輸巨大而復雜的信息任務；移動通信適應了現代社會快節奏和人員流動性強的需要；光纖通信可傳遞計算機數據、電話、彩色電視和傳真；衛星通信廣泛用于國際和國內通信，包括電視、廣播中繼和海事通信、軍用通信等。通信已成為先進工業社會的“神經”[3]。在計算機與通信技術基礎上發展起來的網絡技術，它是電腦、通信和多媒體的大聯合，互聯網是各國網絡群聯成的世界網絡，其信息資源是全人類共享的，在人類社會中起著十分重要的作用。

2.4 生物電子技術革命

液體晶體管和DNA調度——伯克利分校發布了一個里程碑式的成果--液體納米晶體管。這是電子技術史上繼半導體、集成電路之后的第三次偉大革命，特別在醫學等領域將得到廣泛應用。該成果主要由旅美華人科學家楊培東團隊完成。研究裝置是夾在兩片二氧化硅晶片間的一個直徑只有35nm的通道，在管內填滿液體氯化鉀，作電極的晶片在一定電壓下即可實現對鉀離子的“調度”。一旦納米管的直徑達到μm級，鉀離子就不會“聽話”，因液體會自由流動而失去nm尺度下的特性。若將液體氯化鉀換成生物酶或蛋白質等，其在裝置中的運動軌跡和形態便可輕易觀測和追蹤；假如改換DNA，其各異特性的片段所出現的不同運動狀態將給醫藥學家廣闊的想象空間。如用類似裝置，只需少量幾個癌細胞樣品完全可實現診斷出其在抗體作用下的各種反應，從而做到癌癥在無創情況下的早期診斷和治療。

納米集成電路有望——楊培東保守的認為采用同一原理制造nm級的“液體集成電路”還有較長的路程，但同行確信的認為楊將最基本、也是最困難的工作已完成，剩下的只是時間問題。一旦納米液體集成電路成為現實，無法想象整個電子工業將發生一場怎樣的革命?，F有的電子器件，半導體界面都是二維的。楊的研究小組實現了二維半導體界面向一維的轉移，這其中大大縮小了半導體界面的接觸面積，這將產生廣闊的應用前景。在光電器件、微電子和計算器件、生物化學傳感器等領域，都將產生一場偉大的技術變革。

2.5 汽車電子技術革命

智能安全——在提高車安全性能方面計算機智能控制所發揮的作用越來越大。在接近前面車輛時是否速度太快，車上的智能巡航控制系統通過發射掃描光束來探測，對司機發出警示或直接剎車控制。Philip Headley將這些可避免交通事故的安全系統稱作“汽車工業的又一次革命”。車安全系統的未來發展趨勢是當車載智能系統認為該車要發生碰撞事故時，就會同時自動剎車、拉緊安全帶、關上車窗和拉下遮陽板，且將座位調到最安全的角度。還將配有夜視裝置，在車燈光還未照到時，也能顯示前面的人畜[4]。

車載電子——電子裝置在車上的應用日趨復雜，設法將眾多車載電子裝置進行優化融合是發展的新趨勢。司機特希望將車上的娛樂系統與音樂播放器、掌上電腦及其他裝置進行合成，達到高效便捷和空間成本的最優化。目前汽車生產成本中20%的比例為電子部件，到2015年這一比例將在40%以上。IDrive就是利用一個智能系統的“中心菜單”來控制導航、車內音響及溫度等功能。OnStar是通用公司正在大力開發的電子系統，將其從車道行駛輔助系統擴展到語音識別，司機可用語音命令接聽手機、查詢股票等[5]。

2.6 無線電源技術革命

無線電源——06年無線電力傳輸領域誕生了一項革命性技術“無線電源”。MIT研究小組利用自制的無線電力傳輸裝置向2m外的60W燈泡供電，被成功點亮。引發全球各大新聞媒體上“Wireless Power Transfer” 和“Goodbye Wires”的標題隨處可見。如果無線電力傳輸在效率、安全等方面被攻克，那將是顛覆性的技術變革。美國Powercast無線電源技術就是一個實例，其匹茲堡一家動物園就采用了該技術，對企鵝籠舍中溫濕傳感器的可充電池進行遠程無線充電。2年內荷蘭飛利浦電子將上市基于該技術的照明器具。

非接觸充電——在MIT與Powercast的一項使電源線消失的技術在穩步發展，即“充電非接觸技術”。只要將手機放在專用臺上，就可進行非接觸充電。特適用于突出防水性能的密封性手機，也可同時對多種便攜設備進行非接觸充電?；诰€圈電磁感應的非接觸充電技術，現已被PHS、家用無線電話、電動牙刷采用。目前因傳輸電力不夠，對大電力的手機應用還沒達到要求，且存在效率低導致發熱量大的安全問題?，F日本對于非接觸充電系統、傳輸電力效率較高的線圈開發日益活躍，關注的焦點是防止錯誤充電的ID認證及充電同時高速傳輸數據。

3 結論

當今世界正強烈受到新的技術浪潮的沖擊，電子技術的突飛猛進，促使了許多新的相關革命性技術的誕生。以微電子技術為基礎的計算機、通信與信息、生物電子、智能與控制等新技術是以往歷次所無法比擬的，可以說是世界性、全方位的新技術革命。它滲入到人們的生活以及一切生產活動之中，已成為了現代生產與生活的主要支柱、高技術產業的主導，使人們的生活與工作發生了根本性變化，生產力質變時期已經到來。

[1]晏伯武,兆春.微電子技術發展和展望[J].艦船電子工程，2007,5：7-10.

[2]計算機技術.http://baike.baidu.com/view/62176.htm,2007-9-15.

[3]呂延杰.通信技術：過去現在未來[J].重慶郵電大學學報，2007,l9（2）：19-22.

[4]陶琦.國際汽車電子技術縱覽[J].電子技術與應用,2005,（5）：47-60.

[5]郭宏亮,等.基于單片機控制的汽車轉向同步照明裝置[J].制造業自動化,2009,（7）：121-123.