微電子技術的專業概述
隨著科技的迅猛發展,信息技術,電子技術,自動化技術及計算機技術日漸融合,成為當今社會科技領域的重要支柱技術,任何領域的研發工作都與這些技術緊密聯系,而他們的相互交叉,相互滲透,也越來越密切。
作為信息科技的前沿應包括下面壹些內容:微電子學與納米電子學;RISC精簡指令系統與並行計算技術;Multimedia(多媒體)與Virtual Reality(虛擬現實,(又稱靈境)技術;軟件工程、CASE軟件工程開發環境以及根據人的壹般思維方法和認知過程去開發的面向對象的軟件技術;自動控制(除了第壹、第二代控制理論及系統外,還有模糊控制、人工智能、神經網絡的理論與系統等),最後是與近代通信相關的科技……我們從微電子學與納米電子學、電子計算機科技與現代通信這幾個方面做簡要介紹。
微電子學與納米電子學
微電子技術是現代電子信息技術的直接基礎,它的發展有力推動了通信技術,計算機技術和網絡技術的迅速發展,成為衡量壹個國家科技進步的重要標誌。美國貝爾研究所的三位科學家因研制成功第壹個結晶體三極管,獲得1956年諾貝爾物理學獎。晶體管成為集成電路技術發展的基礎,現代微電子技術就是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術。集成電路的生產始於1959年,其特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快。衡量微電子技術進步的標誌要在三個方面:壹是縮小芯片中器件結構的尺寸,即縮小加工線條的寬度;二是增加芯片中所包含的元器件的數量,即擴大集成規模;三是開拓有針對性的設計應用。
大規模集成電路指每壹單晶矽片上可以集成制作壹千個以上的元器件。集成度在壹萬至十萬以上元器件的為超大規模集成電路。國際上80年代大規模和超大規模集成電路光刻標準線條寬度為0.7壹0.8微米,集成度為108 。90年代的標準線條寬度為0.3壹0.5微米,集成度為109。集成電路有專用電路(如鐘表、照相機、洗衣機等電路)和通用電路。通用電路中最典型的是存貯器和處理器,應用極為廣泛。計算機的換代就取決於這兩項集成電路的集成規模。
存貯器是具有信息存貯能力的器件。隨著集成電路的發展,半導體存貯器已大範圍地取代過去使用的磁性存貯器,成為計算機進行數字運算和信息處理過程中的信息存貯器件。存貯器的大小(或稱容量)常以字節為單位,字節則以大寫字母B表示,存貯器芯片的集成度已以百萬位(MB)為單位。目前,實驗室已做出8MB的動態存貯器芯片。壹個漢字占用2個字節,也就是說,400萬漢字可以放入指甲大小的壹塊矽片上。動態存貯器的集成度以每3年翻兩番的速度發展。
中央處理器(CPU)是集成電路技術的另壹重要方面,其主要功能是執行“指令”進行運算或數據處理。現代計算機的CPU通常由數十萬到數百萬晶體管組成。70年代,隨著微電子技術的發展,促使壹個完整的CPU可以制作在壹塊指甲大小的矽片上。度量CPU性能最重要的指標是“速度”,即看它每秒鐘能執行多少條指令。60年代初,最快的CPU每秒能執行100萬條指令(常縮寫成MIPS)。1991年,高檔微處理器的速度已達5000萬壹8000萬次。現在繼續提高CPU速度的精簡指令系統技術(即將復雜指令精減、減少)以及並行運算技術(同時並行地執行若幹指令)正在發展中。在這個領域,美國矽谷的英特爾公司壹直處於領先地位。
此外,光學與電子學的結合,成為光電子技術,被稱為尖端中的尖端,為微電子技術的進壹步發展找到了新的出路。美國《時代》雜誌預測:“21世紀將成為光電子時代。”其主要領有激光技術、紅外技術、光纖通信技術等。