信息基础技术

　　信息基础技术是信息技术的基础，包括新材料、新能源、新器件的开发和制造技术。近几十年来，发展最快、应用最广、对信息技术及整个高科技领域的发展影响最大的是微电子技术和光电子技术。

　　信息基础技术主要包括以下几个方面。

　　所谓微电子是相对强电、弱电等概念而言的，指所处理的电子信号极其微小。我们通常所接触的电子产品，包括通讯设备、计算机、智能化系统、自动控制设备、电台、电视等都是在微电子技术的基础上生产出来的。这些产品的核心是集成电路，即通常所说的芯片，它是微电子技术发展的标志。

　　微电子技术是信息技术的基础和支柱，为当代计算机科学技术及多媒体技术、无线电电子技术及通信技术、自控技术、智能武器技术提供底层技术支持。信息革命是由于微电子技术的发明和发展而引发的，从某种程度上说，信息革命实质上是微电子革命。微电子技术的应用涉及现代社会的各个方面，影响和改变着人类社会的生产方式、生活方式和思维方式。因此，微电子技术已经成为关系到国家未来经济增长和国家安全、未来社会信息化和国防现代化的关键信息基础技术。

　　微电子技术是在传统电子技术的基础上发展起来的一种渗透性最强、影响面最广的高技术，同时它本身也是一项集众多科技成果于一体的综合技术。微电子技术包括的内容较多，主要有：微细加工技术、高密度集成电路和集成系统的设计方法、微小单元器件的结构和器件物理、材料性能和制造技术、高密度集成器件的可靠性物理、集成电路和集成系统测试技术、质量控制和生产自动化等。微电子技术具有显著特点：它是通过利用和控制固体内电子的微观运动来实现对信号的加工处理；信号处理是在固体的微区内进行的；信号的传递只需在极其微细的尺度内进行；可以把一个电子功能部件，甚至一个子系统集成在一个很小的芯片上，在同一流程中成批地制造出来。

　　微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而使集成度和性能提高、功耗降低。1958年美国德州仪器公司第一次将4个晶体管制作在一个硅片上，开创了集成电路的历史，也使微电子技术走上了一条快速发展的道路。近几十年光刻技术经历了紫外光、软X射线、电子束、同步辐射等若干个光刻阶段，波长越来越短、控制越来越精密；平面工艺也越来越先进，线条越来越细，目前已经达到0．08微米的水平；同时由于MOS等低功耗技术的应用，电路集成度不断提高。集成电路的集成度和性能的提高基本上遵循每18个月翻一翻的摩尔定律。展望2l世纪，微电子技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物半导体和其他新材料方面的研究及在某些领域的应用取得了很大进展，但还远不具备替代硅基工艺的条件。硅集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元计的设备和科技投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力。同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。

　　光子是物质存在和运动的基本形态之一，它能深刻地反映出物质的微观结构信息和量子化运动特性。就目前的认识，光子具有最快的运动速度、不具有荷电性、最容易体现出波粒二象性、静止质量为零等特征。运用光子作为信息和能量的载体，效果明显好于电子。其实地球接收的来自太阳辐射的能源，都是通过光子孜孜不倦地送来的。今天的光通信、光盘存取、光雷达、红外遥感等早已把光子用作传送与获取信息的载体。

　　光子技术主要包括光子发生技术、光子存储技术、光子调制和开关技术、光子显示技术、光子通信技术、光子探测技术等。光子技术将成为信息、生命医学、能源等领域的重大支柱技术。

　　光子技术对信息领域产生的影响主要通过下述几个方面来体现：

　　1)运算速度更快的光子计算机。由光子代替电子传递信息、光互联代替电线互联、光硬件代替电子硬件、光运算代替电运算的光子计算机将在2l世纪初面世，其运算速度比目前最快的电子计算机要快1000倍以上。

　　2)存储量大的光存储设备。光存储设备信息容量大、存取速度快、成本低、应用范围广，且不易磨损，不受外界磁场、温度影响，可靠性强。中国科学家已经研制出比现有光盘信息容量高100万倍的高密度信息存储技术，可将信息存储点的大小减小到1nm左右，即1cm的1／100万，并可进行信息点的擦除。一张这样的新式光盘足以存储美国国会图书馆中的所有信息。

　　3)代替现行通信方式的光通信。光纤通信已经实用化、商业化，并正在逐步代替传统的同轴电缆、微波通信，目前全世界铺设光纤总长度已超过千万公里。现在的DWDM(密集波分复用技术)系统和光传输设备中，光电技术的比例已从过去不到1：9达到9：1。一种全新的、无需进行任何光、电变换的光波通信——全光通信，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟。

　　在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献，而且技术上已经相当成熟。但它在速率、容量和空间相容性等方面有一定的局限性。采用光子作为信息的载体，具有远远超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能，促使目前的信息技术跃进到一个新的阶段，光电子技术就应运而生。光电子技术是光子技术与电子技术之间的交叉技术。

　　与光子和电子不同，光电子本身不是一个物理实体，只是一个概念，是从光子与电子的相互作用、光子与电子能量的相互转换来说的。我们目前很多的仪器设备都是光电并存，是光子技术和电子技术的结合体。在一定的条件下，光子能转换为电子，如太阳能电池、半导体光电探测器等；同时电子也可转换为光子，最典型的是广泛应用的半导体激光器、半导体发光二极管等。

　　20世纪70年代初科学家发现一种吸光蛋白质对光非常敏感，当光照射时蛋白质分子结构发生周期性变化，其中的两种稳定结构状态可起导通和关闭的开关作用，能用来表示信息或状态，利用这一特性可制作生物分子开关元件；此外科学家还发现其他许多生物分子也具有开关特性，一个生物分子相当于一个开关，从而提出分子电子器件的概念。

　　1978年第一个有机晶体管研制成功，20世纪80年代初在国际上提出的“生物芯片”这一名词把微电子集成电路技术与生物活性分子功能相结合，提出构建具有生物活性的微功能元件，进行信息的获取、储存、处理和传输，达到仿生信息处理的目的。在此基础上诞生了分子电子学。在这期间生物分子器件的研究也取得了较大进展，1983年制成了第一个分子检波器，1985年利用细胞色素C制成了有开关功能和记忆功能的生物分子元件，到90年代，人们对蛋白质的结构光学和光电性能已经有了较深入的认识，利用蛋白质开关元件可以制成各种逻辑部件、存储元件和分子超大规模集成电路。

　　分子电子技术是在分子电子学基础上产生的一门新兴技术，并逐渐成为信息基础技术的一个全新的技术门类。它是一种以生物分子作为载体、在分子水平上实现电子学的信息处理和存储过程的仿生技术，其目标是探索有关分子电子器件的制造技术、研制由分子器件构造的并行分布式仿生智能信息处理系统，从而开辟信息科学发展的新途径。

　　利用具有某种特性的蛋白质分子可以制作逻辑元器件，并在此基础上生产生物芯片(生物集成电路)、基于分子元器件的光学存储器、蛋白质传感器和生物分子计算机。

• 信息系统技术
• 信息应用技术