模擬電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

李纮 王昕鑫 李瑛

摘 要：模擬電子技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，標(biāo)志著人類進(jìn)入了高新技術(shù)時(shí)代。模擬電子技術(shù)是人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。電子技術(shù)又發(fā)展出很多分支，例如現(xiàn)下發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟的微電子技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊的納米電子技術(shù)和光電子技術(shù)。未來的電子系統(tǒng)和裝備都將運(yùn)行在量子力學(xué)原理之上，對微觀世界里面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究必將給人類科技帶來巨大的變革。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù)；納米電子技術(shù)；光電子技術(shù)

一、 模擬電子技術(shù)現(xiàn)狀

模擬電子技術(shù)的現(xiàn)狀可簡單地歸納為：與系統(tǒng)理論緊密結(jié)合、全面引入網(wǎng)絡(luò)圖論、深受計(jì)算機(jī)的沖擊、非線性電路與系統(tǒng)的研究方興未艾、集成電路的出現(xiàn)并向超大規(guī)模迅速發(fā)展的狀況將在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)左右電路與系統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展；在器件上多端化、集成化；在分析方法上系統(tǒng)化、通用化、計(jì)算機(jī)輔助化；在綜合上有源化、最佳化、可集成化；在體系上從線性擴(kuò)展到非線性、從無源擴(kuò)展到有源、從單元件分立擴(kuò)大到電路系統(tǒng)的集成；新的研究方向迭起，新的研究成果不斷。從現(xiàn)狀展望未來，模擬電子技術(shù)已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)理論中一門活躍、舉足輕重而又有著廣闊發(fā)展前景的引人注目的學(xué)科。當(dāng)今社會(huì)，電子技術(shù)又發(fā)展出很多分支。現(xiàn)在發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟的微電子技術(shù)，此外還有前景廣闊的納米電子技術(shù)和光電子技術(shù)。

（一） 微電子技術(shù)

微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)，特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術(shù)對信息時(shí)代具有巨大的影響。微電子技術(shù)在近半個(gè)世紀(jì)以來得到迅猛發(fā)展，是現(xiàn)代電子工業(yè)的心臟和高科技的原動(dòng)力。微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)、與生物工程技術(shù)結(jié)合的DNA生物芯片成為新的研究熱點(diǎn)。目前，微電子技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和綜合國力的重要標(biāo)志。微電子技術(shù)的發(fā)展方向是高集成、高速度、低功耗和智能化。

在微電子技術(shù)方面，來自中國的華裔科學(xué)家施敏博士為微電子學(xué)做出了卓越的貢獻(xiàn)。

（二） 納米電子技術(shù)

納米電子學(xué)是研究納米電子元件、電路、集成器件和信息加工的理論和技術(shù)的新學(xué)科。它代表了微電子學(xué)的發(fā)展并成為其下一代電子科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。最先實(shí)用化的三種器件和技術(shù)分別是納米MOS器件、共振隧穿器件和單電子存儲(chǔ)器。

納米電子學(xué)的一個(gè)重要組成部分是磁電子學(xué)。磁電子學(xué)是基于電子傳導(dǎo)和磁性間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，通過磁場實(shí)現(xiàn)對輸運(yùn)特性調(diào)制的新興學(xué)科。它涉及自旋極化。自旋相關(guān)散射和隧穿、自旋積累及弛豫、電荷、自旋、軌道、晶格間相互作用等強(qiáng)關(guān)聯(lián)和量子干涉效應(yīng)，是當(dāng)今凝聚態(tài)物理的重大課題。磁電子學(xué)在磁記錄、磁頭讀出、非易失信息隨機(jī)存儲(chǔ)、自旋晶體管及量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域?qū)@得廣泛應(yīng)用，成為未來信息科學(xué)技術(shù)的主導(dǎo)技術(shù)。

從微電子技術(shù)到納米電子器件將是電子器件發(fā)展的第二次變革，與從真空管到晶體管的第一次變革相比，它含有更深刻的理論意義和豐富的科技內(nèi)容。在這次變革中，傳統(tǒng)理論將不再適用，需要發(fā)展新的理論，并探索出相應(yīng)的材料和技術(shù)。在納米電子技術(shù)中，將大量用到量子物理的相關(guān)內(nèi)容。

（三） 光電子技術(shù)

光電子技術(shù)是由光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)，涉及光顯示、光存儲(chǔ)、激光等領(lǐng)域，是未來信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。光電子技術(shù)又是一個(gè)非常寬泛的概念，它圍繞著光信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。

二、 模擬電子技術(shù)的未來

目前超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。現(xiàn)在世界上最小的芯片的寬度僅有一個(gè)人手指相鄰兩條指紋的大小，然而其集成度卻達(dá)到了令人難以想象的水平。雖然根據(jù)摩爾定律的預(yù)言，電路的集成度終將到達(dá)一個(gè)極限。然而隨著納米電子學(xué)和光電子學(xué)的不斷發(fā)展和漸漸成熟，未來的電子科學(xué)與技術(shù)終將實(shí)現(xiàn)巨大的進(jìn)步。我們目前所用的光纖通信就跟光電子學(xué)息息相關(guān)，這種通信方式相對于我們平常使用的無線電通信有著很多優(yōu)點(diǎn)，例如它的通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，無輻射，難于竊聽，抗電磁干擾，通信質(zhì)量佳等等都是無線電通信難以比擬的。納米電子技術(shù)與光電子技術(shù)終將給世界帶來巨大的產(chǎn)業(yè)革命，將使得未來人類的生活更加方便快捷，未來的電子系統(tǒng)和裝備都將運(yùn)行在量子力學(xué)原理之上。對這些微觀世界里面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究必將給人類科技帶來巨大的變革。我們的網(wǎng)速會(huì)更快，我們所用的電子設(shè)備會(huì)更小，然而質(zhì)量、精度卻會(huì)更高，我們的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度會(huì)更快，電腦電視的圖像顯示會(huì)更加清晰，而這些，同時(shí)又會(huì)帶動(dòng)航天產(chǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)、國防、通信以及醫(yī)學(xué)等等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的巨大前進(jìn)，并最終帶動(dòng)整個(gè)人類社會(huì)的巨大進(jìn)步。

三、 結(jié)論

模擬電子技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使人類進(jìn)入了高新技術(shù)時(shí)代。模擬電子技術(shù)發(fā)展的歷史雖短，但應(yīng)用的領(lǐng)域確是最深最廣，它不僅是現(xiàn)代化社會(huì)的重要標(biāo)志，而且成為人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。模擬信號是世間萬物工作的方式，也是人類感官感知世界的方式。因此，要處理“現(xiàn)實(shí)”世界的光與聲等信號，就需要模擬信號處理。

數(shù)字電路逐漸代替了模擬電路，現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)數(shù)字化的時(shí)代，但是數(shù)字化在有一個(gè)領(lǐng)域卻不能代替模擬電路，那就是微波領(lǐng)域，現(xiàn)在只要牽涉到微波頻段的電子都全部是模擬電路，因?yàn)閿?shù)字電路的采樣率達(dá)不到如此高的頻率。雖然除了某些特殊領(lǐng)域外，數(shù)字電子技術(shù)越來越多地替代了模擬電子技術(shù)在生活中的應(yīng)用，但是，模擬電子技術(shù)是基礎(chǔ)，它的發(fā)展也同等重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]路勇.模擬電子技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社，2013.

[2]李立華.模擬電子技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：

李纮，王昕鑫，李瑛，湖北省武漢市，湖北省武漢軍械士官學(xué)校。