模拟电子技术的现状与发展

李纮 王昕鑫 李瑛

摘 要：模拟电子技术的出现和应用，标志着人类进入了高新技术时代。模拟电子技术是人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。电子技术又发展出很多分支，例如现下发展已经相当成熟的微电子技术，应用前景广阔的纳米电子技术和光电子技术。未来的电子系统和装备都将运行在量子力学原理之上，对微观世界里面物质运动规律的研究必将给人类科技带来巨大的变革。

关键词：微电子技术；纳米电子技术；光电子技术

一、 模拟电子技术现状

模拟电子技术的现状可简单地归纳为：与系统理论紧密结合、全面引入网络图论、深受计算机的冲击、非线性电路与系统的研究方兴未艾、集成电路的出现并向超大规模迅速发展的状况将在相当长时间内左右电路与系统学科的发展；在器件上多端化、集成化；在分析方法上系统化、通用化、计算机辅助化；在综合上有源化、最佳化、可集成化；在体系上从线性扩展到非线性、从无源扩展到有源、从单元件分立扩大到电路系统的集成；新的研究方向迭起，新的研究成果不断。从现状展望未来，模拟电子技术已成为现代科学技术基础理论中一门活跃、举足轻重而又有着广阔发展前景的引人注目的学科。当今社会，电子技术又发展出很多分支。现在发展已经相当成熟的微电子技术，此外还有前景广阔的纳米电子技术和光电子技术。

（一） 微电子技术

微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。微电子技术在近半个世纪以来得到迅猛发展，是现代电子工业的心脏和高科技的原动力。微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的微机电系统（MEMS）技术、与生物工程技术结合的DNA生物芯片成为新的研究热点。目前，微电子技术已经成为衡量一个国家科学技术和综合国力的重要标志。微电子技术的发展方向是高集成、高速度、低功耗和智能化。

在微电子技术方面，来自中国的华裔科学家施敏博士为微电子学做出了卓越的贡献。

（二） 纳米电子技术

纳米电子学是研究纳米电子元件、电路、集成器件和信息加工的理论和技术的新学科。它代表了微电子学的发展并成为其下一代电子科学与技术的基础。最先实用化的三种器件和技术分别是纳米MOS器件、共振隧穿器件和单电子存储器。

纳米电子学的一个重要组成部分是磁电子学。磁电子学是基于电子传导和磁性间的关联效应，通过磁场实现对输运特性调制的新兴学科。它涉及自旋极化。自旋相关散射和隧穿、自旋积累及弛豫、电荷、自旋、轨道、晶格间相互作用等强关联和量子干涉效应，是当今凝聚态物理的重大课题。磁电子学在磁记录、磁头读出、非易失信息随机存储、自旋晶体管及量子计算机等领域将获得广泛应用，成为未来信息科学技术的主导技术。

从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。在纳米电子技术中，将大量用到量子物理的相关内容。

（三） 光电子技术

光电子技术是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。

二、 模拟电子技术的未来

目前超大规模集成电路的设计已经达到了相当高的水平。现在世界上最小的芯片的宽度仅有一个人手指相邻两条指纹的大小，然而其集成度却达到了令人难以想象的水平。虽然根据摩尔定律的预言，电路的集成度终将到达一个极限。然而随着纳米电子学和光电子学的不断发展和渐渐成熟，未来的电子科学与技术终将实现巨大的进步。我们目前所用的光纤通信就跟光电子学息息相关，这种通信方式相对于我们平常使用的无线电通信有着很多优点，例如它的通信容量大，传输距离远，无辐射，难于窃听，抗电磁干扰，通信质量佳等等都是无线电通信难以比拟的。纳米电子技术与光电子技术终将给世界带来巨大的产业革命，将使得未来人類的生活更加方便快捷，未来的电子系统和装备都将运行在量子力学原理之上。对这些微观世界里面物质运动规律的研究必将给人类科技带来巨大的变革。我们的网速会更快，我们所用的电子设备会更小，然而质量、精度却会更高，我们的计算机的运算速度会更快，电脑电视的图像显示会更加清晰，而这些，同时又会带动航天产业、服务业、国防、通信以及医学等等相关产业的巨大前进，并最终带动整个人类社会的巨大进步。

三、 结论

模拟电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技术时代。模拟电子技术发展的历史虽短，但应用的领域确是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。模拟信号是世间万物工作的方式，也是人类感官感知世界的方式。因此，要处理“现实”世界的光与声等信号，就需要模拟信号处理。

数字电路逐渐代替了模拟电路，现代社会是一个数字化的时代，但是数字化在有一个领域却不能代替模拟电路，那就是微波领域，现在只要牵涉到微波频段的电子都全部是模拟电路，因为数字电路的采样率达不到如此高的频率。虽然除了某些特殊领域外，数字电子技术越来越多地替代了模拟电子技术在生活中的应用，但是，模拟电子技术是基础，它的发展也同等重要。

参考文献：

[1]路勇.模拟电子技术[M].华中科技大学出版社，2013.

[2]李立华.模拟电子技术[M].电子工业出版社，2008.

作者简介：

李纮，王昕鑫，李瑛，湖北省武汉市，湖北省武汉军械士官学校。