信息基礎技術

信息基礎技術主要包括以下幾個方面。 ^[1] 

所謂微電子是相對強電、弱電等概念而言的，指所處理的電子信號極其微小。我們通常所接觸的電子產品，包括通訊設備、計算機、智能化系統、自動控制設備、電台、電視等都是在微電子技術的基礎上生產出來的。這些產品的核心是集成電路，即通常所説的芯片，它是微電子技術發展的標誌。

微電子技術是信息技術的基礎和支柱，為當代計算機科學技術及多媒體技術、無線電電子技術及通信技術、自控技術、智能武器技術提供底層技術支持。信息革命是由於微電子技術的發明和發展而引發的，從某種程度上説，信息革命實質上是微電子革命。微電子技術的應用涉及現代社會的各個方面，影響和改變着人類社會的生產方式、生活方式和思維方式。因此，微電子技術已經成為關係到國家未來經濟增長和國家安全、未來社會信息化和國防現代化的關鍵信息基礎技術。

微電子技術是在傳統電子技術的基礎上發展起來的一種滲透性最強、影響面最廣的高技術，同時它本身也是一項集眾多科技成果於一體的綜合技術。微電子技術包括的內容較多，主要有：微細加工技術、高密度集成電路和集成系統的設計方法、微小單元器件的結構和器件物理、材料性能和製造技術、高密度集成器件的可靠性物理、集成電路和集成系統測試技術、質量控制和生產自動化等。微電子技術具有顯著特點：它是通過利用和控制固體內電子的微觀運動來實現對信號的加工處理；信號處理是在固體的微區內進行的；信號的傳遞只需在極其微細的尺度內進行；可以把一個電子功能部件，甚至一個子系統集成在一個很小的芯片上，在同一流程中成批地製造出來。

微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特徵尺寸不斷縮小，從而使集成度和性能提高、功耗降低。1958年美國德州儀器公司第一次將4個晶體管制作在一個硅片上，開創了集成電路的歷史，也使微電子技術走上了一條快速發展的道路。近幾十年光刻技術經歷了紫外光、軟X射線、電子束、同步輻射等若干個光刻階段，波長越來越短、控制越來越精密；平面工藝也越來越先進，線條越來越細，已經達到0．08微米的水平；同時由於MOS等低功耗技術的應用，電路集成度不斷提高。集成電路的集成度和性能的提高基本上遵循每18個月翻一翻的摩爾定律。展望2l世紀，微電子技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。儘管微電子學在化合物半導體和其他新材料方面的研究及在某些領域的應用取得了很大進展，但還遠不具備替代硅基工藝的條件。硅集成電路技術發展至今，全世界數以萬億美元計的設備和科技投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業能力。同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的瞭解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。

光子是物質存在和運動的基本形態之一，它能深刻地反映出物質的微觀結構信息和量子化運動特性。就認識，光子具有最快的運動速度、不具有荷電性、最容易體現出波粒二象性、靜止質量為零等特徵。運用光子作為信息和能量的載體，效果明顯好於電子。其實地球接收的來自太陽輻射的能源，都是通過光子孜孜不倦地送來的。今天的光通信、光盤存取、光雷達、紅外遙感等早已把光子用作傳送與獲取信息的載體。

光子技術主要包括光子發生技術、光子存儲技術、光子調製和開關技術、光子顯示技術、光子通信技術、光子探測技術等。光子技術將成為信息、生命醫學、能源等領域的重大支柱技術。

光子技術對信息領域產生的影響主要通過下述幾個方面來體現：

(1)運算速度更快的光子計算機。由光子代替電子傳遞信息、光互聯代替電線互聯、光硬件代替電子硬件、光運算代替電運算的光子計算機將在2l世紀初面世，其運算速度比最快的電子計算機要快1000倍以上。

(2)存儲量大的光存儲設備。光存儲設備信息容量大、存取速度快、成本低、應用範圍廣，且不易磨損，不受外界磁場、温度影響，可靠性強。中國科學家已經研製出比現有光盤信息容量高100萬倍的高密度信息存儲技術，可將信息存儲點的大小減小到1nm左右，即1cm的1/100萬，並可進行信息點的擦除。一張這樣的新式光盤足以存儲美國國會圖書館中的所有信息。

(3)代替現行通信方式的光通信。光纖通信已經實用化、商業化，並正在逐步代替傳統的同軸電纜、微波通信，全世界鋪設光纖總長度已超過千萬公里。DWDM(密集波分複用技術)系統和光傳輸設備中，光電技術的比例已從過去不到1：9達到9：1。一種全新的、無需進行任何光、電變換的光波通信——全光通信，由於波分複用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟。

在信息技術發展過程中，電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻，而且技術上已經相當成熟。但它在速率、容量和空間相容性等方面有一定的侷限性。採用光子作為信息的載體，具有遠遠超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優點，必將大大改善電子通信設備、電子計算機和電子儀器的性能，促使信息技術躍進到一個新的階段，光電子技術就應運而生。光電子技術是光子技術與電子技術之間的交叉技術。

與光子和電子不同，光電子本身不是一個物理實體，只是一個概念，是從光子與電子的相互作用、光子與電子能量的相互轉換來説的。我們很多的儀器設備都是光電並存，是光子技術和電子技術的結合體。在一定的條件下，光子能轉換為電子，如太陽能電池、半導體光電探測器等；同時電子也可轉換為光子，最典型的是廣泛應用的半導體激光器、半導體發光二極管等。

20世紀70年代初科學家發現一種吸光蛋白質對光非常敏感，當光照射時蛋白質分子結構發生週期性變化，其中的兩種穩定結構狀態可起導通和關閉的開關作用，能用來表示信息或狀態，利用這一特性可製作生物分子開關元件；此外科學家還發現其他許多生物分子也具有開關特性，一個生物分子相當於一個開關，從而提出分子電子器件的概念。

1978年第一個有機晶體管研製成功，20世紀80年代初在國際上提出的“生物芯片”這一名詞把微電子集成電路技術與生物活性分子功能相結合，提出構建具有生物活性的微功能元件，進行信息的獲取、儲存、處理和傳輸，達到仿生信息處理的目的。在此基礎上誕生了分子電子學。在這期間生物分子器件的研究也取得了較大進展，1983年製成了第一個分子檢波器，1985年利用細胞色素C製成了有開關功能和記憶功能的生物分子元件，到90年代，人們對蛋白質的結構光學和光電性能已經有了較深入的認識，利用蛋白質開關元件可以製成各種邏輯部件、存儲元件和分子超大規模集成電路。

分子電子技術是在分子電子學基礎上產生的一門新興技術，並逐漸成為信息基礎技術的一個全新的技術門類。它是一種以生物分子作為載體、在分子水平上實現電子學的信息處理和存儲過程的仿生技術，其目標是探索有關分子電子器件的製造技術、研製由分子器件構造的並行分佈式仿生智能信息處理系統，從而開闢信息科學發展的新途徑。

利用具有某種特性的蛋白質分子可以製作邏輯元器件，並在此基礎上生產生物芯片(生物集成電路)、基於分子元器件的光學存儲器、蛋白質傳感器和生物分子計算機。