微电子技术与新技术革命

余修武，余员琴，黄海军，杜秋来

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

（1.江西渝州科技学院，新余 338029；2.武汉理工大学 资源与环境工程学院，武汉 430070）

1 新技术革命的发展背景

随着现代生产以及人类现代文明迅速发展等多方面需求是新技术产生和发展的根本动力。现代自然科学发展的巨大成就为新技术的诞生奠定了理论基础；还有一个刺激新技术产生与发展的重要因素就是战争和对抗。如今社会的各个领域都离不开微电子、计算机、通信与信息、智能控制等新技术，电子技术且是这些新技术的基础和支柱。新技术革命对人类的影响不仅是经济，且扩及到政治、军事、家庭和社会生活的各方面。

2 微电子技术与新技术革命的主要内容

2.1 微电子技术

电子器件的使用促进了电子技术的发展。进入微电子时代是从1978年研制成超大规模集成电路开始的，微电子技术是指在几mm2的半导体材料上，制出10万多个晶体管构成的微缩单元电路，并用这些电路装配成各种微电子设备的总称。近年来，广义的微电子技术是指集成电路及其应用技术和生产的产品的总称。该新技术节约材料、能源、空间和劳工，具有效率高，环境污染少等特点。

此技术广泛向其他工业技术应用渗透，使传统技术发生了质的变化。已渗透到诸如计算机、交通与通信、医疗卫生与生物工程、生产与制造等各方面[1]，引发机械工业大变革机械电子自动化。如数控机床、智能仪表、汽车自动化、机器人等，具有适应、判断、决定、控制等高级功能。目前用该技术制成的心脏起搏器已植入人体，将来可制成神经元件植入人体，有助于恢复运动功能或视听。微电子技术的发明和火的使用、蒸汽机的发明一样，对人类来说具有划时代的意义。该技术的诞生是当代电子技术的突破，并由此引发了电子技术领域的革命。

2.2 计算机技术革命

计算机技术与微电子结合后每6年左右运算速度提高10倍，成本降低10倍,体积缩小10倍。在超大型计算机发展的同时，微型计算机和微处理机也迅速发展。价格便宜、重几十克、可放在火柴盒内的微型计算机，能高速运算，且十分精准。50多年来，电脑性能大幅提升，从千次/s运算，到现在100亿次/s运算，提高了千万倍；相对价格从1000万$/万次，下降到1$/万次，价格也下降了千万倍。该价格变化在技术史上实属罕见。

大规模集成电路以硅为主要材料有体积上的限度，欧美与日本等国开始研制以生物材料制作芯片的生物计算机，即模拟人脑的第六代计算机。美国1983年提出了研制生物计算机的设想，1988年提出了投资4亿美元研制神经网络计算机计划；日本1986年制定了开发生物芯片的10年计划，1988年定为神经计算机元年；美国1995年的英特尔公司、卡尔斯巴德神经半导体公司已经向市场推出了神经网络集成电路芯片[2]。计算机已全面渗透到社会各部门及人们的学习和生活中。各国都力图驾驭这种计算机与信息化的社会进程，以便更快迈进高度社会信息化时代。

2.3 通信与信息技术革命

信息获取、传递、处理等是信息技术的主要内容。“通信＋计算机＋智能软件”促进了信息技术飞速的发展。通讯与计算机构建起来的全球网络已成为有史以来建造的最大机器。计算机、数字化和卫星通信三种技术的融合，人类迎来了信息技术的第三次革命。一是文字发明，二是活字印刷，三是信息全球化革命。现代信息技术已在新科学技术革命浪潮中独占鳌头。如今信息就是资本,信息就是生命，拥有最新有效信息，就拥有竞争发展优势。

人类积累的知识，有人估算用光纤传输，只需4分钟就可完成。综合业务数字通讯网络技术是以光纤通信为主体,卫星通信、无线通信为辅的智能化、宽带化、信息化社会的一个主要标志。通信技术涵盖数字、移动、光纤、卫星等通信内容。数字通信可高速传输巨大而复杂的信息任务；移动通信适应了现代社会快节奏和人员流动性强的需要；光纤通信可传递计算机数据、电话、彩色电视和传真；卫星通信广泛用于国际和国内通信，包括电视、广播中继和海事通信、军用通信等。通信已成为先进工业社会的“神经”[3]。在计算机与通信技术基础上发展起来的网络技术，它是电脑、通信和多媒体的大联合，互联网是各国网络群联成的世界网络，其信息资源是全人类共享的，在人类社会中起着十分重要的作用。

2.4 生物电子技术革命

液体晶体管和DNA调度——伯克利分校发布了一个里程碑式的成果--液体纳米晶体管。这是电子技术史上继半导体、集成电路之后的第三次伟大革命，特别在医学等领域将得到广泛应用。该成果主要由旅美华人科学家杨培东团队完成。研究装置是夹在两片二氧化硅晶片间的一个直径只有35nm的通道，在管内填满液体氯化钾，作电极的晶片在一定电压下即可实现对钾离子的“调度”。一旦纳米管的直径达到µm级，钾离子就不会“听话”，因液体会自由流动而失去nm尺度下的特性。若将液体氯化钾换成生物酶或蛋白质等，其在装置中的运动轨迹和形态便可轻易观测和追踪；假如改换DNA，其各异特性的片段所出现的不同运动状态将给医药学家广阔的想象空间。如用类似装置，只需少量几个癌细胞样品完全可实现诊断出其在抗体作用下的各种反应，从而做到癌症在无创情况下的早期诊断和治疗。

纳米集成电路有望——杨培东保守的认为采用同一原理制造nm级的“液体集成电路”还有较长的路程，但同行确信的认为杨将最基本、也是最困难的工作已完成，剩下的只是时间问题。一旦纳米液体集成电路成为现实，无法想象整个电子工业将发生一场怎样的革命。现有的电子器件，半导体界面都是二维的。杨的研究小组实现了二维半导体界面向一维的转移，这其中大大缩小了半导体界面的接触面积，这将产生广阔的应用前景。在光电器件、微电子和计算器件、生物化学传感器等领域，都将产生一场伟大的技术变革。

2.5 汽车电子技术革命

智能安全——在提高车安全性能方面计算机智能控制所发挥的作用越来越大。在接近前面车辆时是否速度太快，车上的智能巡航控制系统通过发射扫描光束来探测，对司机发出警示或直接刹车控制。Philip Headley将这些可避免交通事故的安全系统称作“汽车工业的又一次革命”。车安全系统的未来发展趋势是当车载智能系统认为该车要发生碰撞事故时，就会同时自动刹车、拉紧安全带、关上车窗和拉下遮阳板，且将座位调到最安全的角度。还将配有夜视装置，在车灯光还未照到时，也能显示前面的人畜[4]。

车载电子——电子装置在车上的应用日趋复杂，设法将众多车载电子装置进行优化融合是发展的新趋势。司机特希望将车上的娱乐系统与音乐播放器、掌上电脑及其他装置进行合成，达到高效便捷和空间成本的最优化。目前汽车生产成本中20%的比例为电子部件，到2015年这一比例将在40%以上。IDrive就是利用一个智能系统的“中心菜单”来控制导航、车内音响及温度等功能。OnStar是通用公司正在大力开发的电子系统，将其从车道行驶辅助系统扩展到语音识别，司机可用语音命令接听手机、查询股票等[5]。

2.6 无线电源技术革命

无线电源——06年无线电力传输领域诞生了一项革命性技术“无线电源”。MIT研究小组利用自制的无线电力传输装置向2m外的60W灯泡供电，被成功点亮。引发全球各大新闻媒体上“Wireless Power Transfer” 和“Goodbye Wires”的标题随处可见。如果无线电力传输在效率、安全等方面被攻克，那将是颠覆性的技术变革。美国Powercast无线电源技术就是一个实例，其匹兹堡一家动物园就采用了该技术，对企鹅笼舍中温湿传感器的可充电池进行远程无线充电。2年内荷兰飞利浦电子将上市基于该技术的照明器具。

非接触充电——在MIT与Powercast的一项使电源线消失的技术在稳步发展，即“充电非接触技术”。只要将手机放在专用台上，就可进行非接触充电。特适用于突出防水性能的密封性手机，也可同时对多种便携设备进行非接触充电。基于线圈电磁感应的非接触充电技术，现已被PHS、家用无线电话、电动牙刷采用。目前因传输电力不够，对大电力的手机应用还没达到要求，且存在效率低导致发热量大的安全问题。现日本对于非接触充电系统、传输电力效率较高的线圈开发日益活跃，关注的焦点是防止错误充电的ID认证及充电同时高速传输数据。

3 结论

当今世界正强烈受到新的技术浪潮的冲击，电子技术的突飞猛进，促使了许多新的相关革命性技术的诞生。以微电子技术为基础的计算机、通信与信息、生物电子、智能与控制等新技术是以往历次所无法比拟的，可以说是世界性、全方位的新技术革命。它渗入到人们的生活以及一切生产活动之中，已成为了现代生产与生活的主要支柱、高技术产业的主导，使人们的生活与工作发生了根本性变化，生产力质变时期已经到来。

[1]晏伯武,兆春.微电子技术发展和展望[J].舰船电子工程，2007,5：7-10.

[2]计算机技术.http://baike.baidu.com/view/62176.htm,2007-9-15.

[3]吕延杰.通信技术：过去现在未来[J].重庆邮电大学学报，2007,l9（2）：19-22.

[4]陶琦.国际汽车电子技术纵览[J].电子技术与应用,2005,（5）：47-60.

[5]郭宏亮,等.基于单片机控制的汽车转向同步照明装置[J].制造业自动化,2009,（7）：121-123.