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1、1900-2050年电子技术的发展与展望姓 名 : 王洋所在学院 : 电信学院专业班级 : 自动化1002学 号 : 10212049指导教师 : 侯建军日 期 : 2012年12月8日目录一、概述2二、电子技术至今的历史回顾22.1电子管时代22.1.1电子管的介绍22.1.2电子管的产生32.1.3电子管的优缺点32.2 晶体管时代42.2.1电子管的介绍42.2.2晶体管的产生和发展42.3 集成电路时代52.3.1集成电路的介绍52.3.2集成电路的产生52.3.3集成电路的发展62.4超大规模集成电路时代6三、新型电子技术73.1纳米技术73.1.1 什么是纳米技术73.1.2 各个
2、国家对纳米技术的发展战略73.2生物分子电子技术83.3嵌入式电子技术8四、未来40年电子技术的发展方向9五、电子技术在军事方面的应用105.1轻武器领域中的电子技术105.2精确制导和火控领域中的电子技术105.3军事航天领域中的电子技术11六、未来40年电子技术的展望116.1未来纳米技术在军事运用的展望116.2未来生物分子电子技术的展望12七、研讨体会12八、参考文献13摘要:简单回顾了1900年至今的电子技术发展脉络，从电子管到超大规模集成电路进行了介绍，并从中分析电子技术的发展趋势。对未来电子技术的发展方向进行了预测，把电子技术在军事上的应用进行了总结，同时对最新的电子技术纳米技术
3、进行了介绍。关键词:电子管,晶体管,集成电路,超大规模集成电路,军事应用,发展方向。一、概述电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学。信息电子技术包括 Analog （模拟） 电子技术和 Digital （数字） 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。随着电子技术的大力发展和研究，人类在科技方面得到了显著地飞跃，同时在军事上电子技术的应用也是无处不在，未来军事将是电子技术的战争。所以如何发展电子技术对于每个国家都是刻不容缓，可以说电子技术真正的把战争带到了信息时代。电子技术无处不在：近至计算
4、机、手机、数码相机、音乐播放器、彩电、音响等生活常用品，远至工业、航天、军事等领域都可看到电子技术的身影。电子技术是十九世纪末，二十世纪初开始发展起来的新兴技术，它在二十世纪的迅速发展大大推动了航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术以及网络技术的迅速发展，因此它成为近代科学技术发展的一个重要标志。研究电子技术的发展不仅可以了解到各种电子技术，对现在的电子技术起到促进作用，还能根据电子技术的发展来瞻仰未来电子技术发展的前景。二、电子技术至今的历史回顾电子技术的基础是电子元件，电子元件的发展往往决定了电子技术的发展，纵观近代电子发展史跟电子元件发展史息息相关。国际上统一认为电子技术发展至今，
5、可以分为四个阶段：电子管阶段，晶体管阶段，集成电路，超大规模集成电路。下面我们将分别探索下每个阶段的发展过程。2.1电子管时代2.1.1电子管的介绍电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管座上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代，但目前在一些高保真的音响器材中，仍然使用低噪声、稳定系数高的电子管作为音频功率放大器件。2.1.2电子管的产生1904
6、年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。世界上第一台计算机用1.8万只电子管，占地170平方米，重30t，耗电150kW。说起电子管的发明，我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人
7、证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。此后美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管。这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果。它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。德福雷斯特自己也非常惊喜，认为“我发现了一个看不见的空中帝国”。电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和
8、音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。2.1.3电子管的优缺点由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强，线性性能优于晶体管，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好，所以仍然在一些地方（如大功率无线电发射设备）继续发挥着不可替代的作用。图1：二极管 图2：二极管2.2 晶体管时代2.2.1电子管的介绍晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可
9、变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。2.2.2晶体管的产生和发展1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。晶体管的发明又为后来集成电路的降生吹响了号角。20世纪最初的10年，通信系统已开始应用半导体材料。20世
10、纪上半叶，在无线电爱好者中广泛流行的矿石收音机，就采用矿石这种半导体材料进行检波。半导体的电学特性也在电话系统中得到了应用。巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。不久之后，他们利用两个靠得很近(相距0.05毫米)的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移电流来工作的，于是取名为trans-resister(转换电阻)，后来缩写为transi
11、stor，中文译名就是晶体管。由于点接触型晶体管制造工艺复杂，致使许多产品出现故障，它还存在噪声大、在功率大时难于控制、适用范围窄等缺点。为了克服这些缺点，肖克莱提出了用一种“整流结”来代替金属半导体接点的大胆设想。半导体研究小组又提出了这种半导体器件的工作原理。1950年，第一只“PN结型晶体管”问世了，它的性能与肖克莱原来设想的完全一致。今天的晶体管，大部分仍是这种PN结型晶体管。(所谓PN结就是P型和N型的结合处。P型多空穴。N型多电子。)1956年，肖克利、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。 图3：晶体管之父 威廉邵克雷 图4：晶体管2.3 集成电路时代2.3.1集
12、成电路的介绍集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。2.3.2集成电路的产生集成电路发明者为杰克基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。1952年，英国雷达研究所的一个著名科学家达默提出能
13、否将晶体管等元件不通过连接线而直接集成在一起从而构成一个有特定功能的电路。之后，美国得克萨斯仪器公司的基比尔按其思路，于1958年制成了第一个集成电路的模型，1959年德州仪器公司宣布发明集成电路，从此，电子技术进入集成电路时代。同年，美国著名的仙童电子公司也宣布研究成功集成电路，该公司赫尔尼等人发明的一整套制造微型晶体管的“平面工艺”被移用到集成电路的制作中，集成电路很快就由实验室试验阶段转入了工业生产阶段。1959年，德州仪器公司建成世界上第一条集成电路生产线。1962年，世界上第一块集成电路正式商品问世。与分立元件的电路相比，集成电路体积重量都大大减小，同时，功耗小，更可靠，更适合大批量
14、生产。集成电路发明后，其发展非常迅速，其制作工艺不断进步，规模不断扩大由于超大规模集成电路已经发展的很成熟，所以集成电路基本上已经淘汰，只有在实验时或者小规模系统时用上。但它是一个很重要的过渡，由单个元件转换为大量集成吗，这本来就是一个质的飞跃。图5：集成电路2.3.3集成电路的发展 如表1所示 自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.
15、5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。表1：集成电路的规模发展时 期规 模集成度50年代末小规模集成电路（SSI）10060年代中规模集成电路（MSI）100070年代大规模集成电路（LSI）100070年代末超大规模集成电路（VLSI）1000080年代特大规模集成电路（ULSI）100000 2.4超大规模集成电路时代1958年，贝尔实验室制造出金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），尽管它比双极型晶体管晚了近十年，但由于其制造工艺简单，为集成化提供了有利条件。随着硅平面工艺技术的发展，MOS集成电路遵循Moore定律，即一个芯片上所集成的器件，以每隔18个月提高一倍的速度向前飞速发展。至今集成电路的
