电子技术与微电子技术科普

电子化是人类历史上重要的发展变化。人类从农耕社会开始，经历了机械化、电气化、电子化、信息化多个阶段，即将迎来人工智能化的时代。电气化是广泛使用电力，增强人类力量来提高生产力和效率；电子化是用计算机和电子系统作为智能手段，提高人类智力来提高管理能力、生产力和效率；电气化一般是指强电系统，电子化一般是指弱电系统；工业自动化系统一般都包含了电气化和电子化两部分。在电子信息化社会中，电子技术和微电子技术是最为基础的技术支撑。

图1.电子技术利用了半导体中电子和空穴的传导机理(图源：旺材芯片)

电子技术是研究和利用物质中的电子运动规律，设计出特定功能的电子电路来解决实际问题的技术。电子技术主要利用了半导体中电子和空穴的传导机理(图1所示)。集成电路(芯片)技术出现之前，人们用电子管和晶体管来搭建电子电路；芯片技术出现后，芯片成为电子电路的主要构件；在微电子技术高度发达的今天，指甲大小的芯片上可以集成数百亿只甚至更多的电子元件(主要是晶体管)，甚至出现了单个芯片就可以组成一个电子电路系统，简称单芯片系统(SoC)。

回顾电子技术发展历史，大致经历了电子管、晶体管、集成电路(芯片)和单芯片系统几个阶段。不同时期的电子计算机(图2～图5所示)是这几个阶段电子技术最典型的应用案例。这里的智能手机可以看作是一种特殊的SoC芯片计算机，它也是一种专用计算机，它的处理能力比早期的电子管、晶体管计算机强大很多很多。

图2.电子管、电子管电路和电子管计算机(1946年)

图3.晶体管、晶体管电路和晶体管计算机(1954年)

图4.芯片、芯片电路和芯片计算机

图5.SoC芯片、SoC芯片电路和智能手机

微电子技术是电子技术发展的高级阶段，重点研究集成电路(芯片)等电子元器件的微型化。从图2的电子管计算机，到图3的晶体管计算机，再到图4的集成电路计算机(微机)，再到图5的智能手机，体积缩小了数万倍，性能提升了数亿倍，这些都是微电子技术发展的功劳。从涵盖的内容来看，电子技术包涵了微电子技术，微电子技术包涵了集成电路技术。
目前的微型化精度已达到纳米级水平，精密程度超出了一般人想象。这个水平的微电子加工技术到底有多精密？打个比方，它可以在头发横切面大小的硅片上制作6000多根宽7纳米间距7纳米的线条；也可以在1毫米见方(芝麻的1/2)的硅片上集成1亿多只晶体管及其电路连线。苹果公司今年发布了自研的三款SoC芯片，它们集成密度如图7所示。

图6.头发横切面大小的硅片上可以制作许多晶体管和电路连线

图7.苹果公司自研的三款SoC芯片的集成密度都超过每平方毫米1.3亿只晶体管

电子技术是新中国成立之初，国家最为重视的高新技术之一，也是当时国际高新技术研究的前沿方向。上世纪60～70年代的人比较清楚，每个地市级以上城市一般都设立了由政府出资的电子技术研究所。1980年成立深圳经济特区的时候，深圳市政府也无例外，委托广州市电子研究所协助成立了深圳市电子研究所，机构性质为全额事业单位。政府对电子技术的重视程度由此可见一斑。
电子技术广泛应用于国民经济的各个领域，是信息社会的重要基石。目前微电子技术以集成电路技术为代表，对其它所有产业形成了强大的升级提升和辐射带动作用，集成电路产业已成为支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。因此，微电子技术也成为美国打压围堵中国的利器，发展以集成电路为核心的我国微电子技术的任务十分艰巨，使命也十分光荣，需要全社会凝聚共识，奋发努力，真抓实干！

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