序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇微電子技術(shù)論文范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會(huì)發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì)的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開(kāi)始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，沒(méi)有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。

50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過(guò)程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開(kāi)拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開(kāi)始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（siliconage）〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒(méi)有創(chuàng)新，社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來(lái)“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過(guò)這種破壞后，又將開(kāi)始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如MEMS，DNAChip等。

221世紀(jì)上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒(méi)有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來(lái)，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來(lái)發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無(wú)法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實(shí)驗(yàn)室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計(jì)到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時(shí)間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬(wàn)億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)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(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會(huì)輕易放棄。

目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說(shuō)微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽(yáng)工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車(chē)、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車(chē)、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來(lái)越小，不可避免地會(huì)遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問(wèn)題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無(wú)法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無(wú)法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運(yùn)理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmEUV光刻、超細(xì)線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來(lái)嶄新的領(lǐng)域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)，可稱之為“scalingdown”，與此同時(shí)我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問(wèn)題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對(duì)環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時(shí)要求電容極?。é罠），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來(lái)了很大困難。

因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。

量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無(wú)線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開(kāi)關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問(wèn)題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來(lái)突破性的進(jìn)展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開(kāi)實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來(lái)出現(xiàn)了集成電路單元庫(kù)（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過(guò)印刷電路板（PCB）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時(shí)、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無(wú)法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來(lái)越大，復(fù)雜程度越來(lái)越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡(jiǎn)稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來(lái)的集成電路技術(shù)。

SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開(kāi)始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤(pán)考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設(shè)計(jì)的芯片相比,采用SOC設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。

（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫(kù)問(wèn)題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過(guò)工藝驗(yàn)證過(guò)的。其中以硬核使用價(jià)值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過(guò)優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價(jià)值?，F(xiàn)在,美國(guó)硅谷在80年代出現(xiàn)無(wú)生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無(wú)芯片（Chipless）的公司,專門(mén)銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

微電子技術(shù)從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過(guò)以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點(diǎn)學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲(chǔ)器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實(shí)現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)

微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來(lái)，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過(guò)電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車(chē)自動(dòng)駕駛、汽車(chē)防撞氣囊、汽車(chē)防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。

MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過(guò)若干年將會(huì)迎來(lái)MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來(lái)的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來(lái)是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來(lái)越大,反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來(lái)了一場(chǎng)信息革命?，F(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒(méi)有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問(wèn)題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。

微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬(wàn)種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無(wú)疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過(guò)生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過(guò)在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無(wú)處不在。

目前的生物芯片主要是指通過(guò)平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。

6結(jié)語(yǔ)

在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國(guó)微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來(lái)的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻(xiàn)

[1]S.M.SZE:LecturenoteatPekingUniversity,FourDecadesofDevelopmentsinMicroelectronics:Achievementsandchallenges.

[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.

[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽(yáng)元。跨世紀(jì)的新技術(shù)－微電子機(jī)械系統(tǒng)。電子科技導(dǎo)報(bào)，1999，4：2

[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997

篇(2)

關(guān)鍵詞：可編程控制器,船用泵,自動(dòng)控制

引言

可編程序控制器（Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC）是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)用控制裝置。由于它具有很多優(yōu)點(diǎn)，它可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等種各種功能。有些高檔大型PLC還能象微型計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)以及聯(lián)網(wǎng)通信等。它具有通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微處理器問(wèn)世并被用到PLC中，使其功能更加完善，體積大大縮小，成為當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的主要手段之一。

隨著造船業(yè)的蓬勃發(fā)展，我們把PLC產(chǎn)品在船舶組泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用,達(dá)到了預(yù)期的控制目的。

一、任務(wù)與構(gòu)想

船用泵組合控制系統(tǒng)對(duì)12組泵進(jìn)行了切換控制，每組泵兩臺(tái)，每臺(tái)泵需要一個(gè)輸入信號(hào)確定泵組是自動(dòng)或手動(dòng)；每組泵需要測(cè)量出口壓力是否正常；每臺(tái)泵之間需要一個(gè)互連信號(hào)表明哪一臺(tái)泵是主泵；輸出要控制每臺(tái)泵的啟動(dòng)，指示出每臺(tái)泵的運(yùn)行狀態(tài)，并給出故障或低壓報(bào)警信號(hào)。論文參考網(wǎng)。

針對(duì)提出的問(wèn)題，提出了如下的設(shè)計(jì)思想：

1、 手動(dòng)啟動(dòng)各泵

在PLC投入使用后，將組合啟動(dòng)屏上的各泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至自動(dòng)位置即可手動(dòng)啟動(dòng)各泵?；閭溆玫膬膳_(tái)泵，首先投入的為主用泵，后投入的為備用泵。

2、 自動(dòng)啟動(dòng)各泵

如果各泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在PLC通電前已在自動(dòng)位置，且開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)都嚴(yán)格按照程序進(jìn)行，則PLC通電后按預(yù)訂程序自動(dòng)啟動(dòng)各泵。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。這種情況常用于上次停機(jī)時(shí)只關(guān)閉PLC電源，停機(jī)時(shí)哪臺(tái)泵運(yùn)行，再次啟動(dòng)時(shí)仍然是該泵運(yùn)行。

3、 手動(dòng)切換各泵

用備用泵替換運(yùn)行泵，在兩泵都處于自動(dòng)位置時(shí)，將運(yùn)行泵開(kāi)關(guān)切至手動(dòng)，即可自動(dòng)停止運(yùn)行泵，啟動(dòng)備用泵，然后再將開(kāi)關(guān)切回自動(dòng)，按報(bào)警按鈕，撤消報(bào)警。

4、 各泵自動(dòng)換

運(yùn)行中如果一臺(tái)泵熱繼電器動(dòng)作，則自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，同時(shí)發(fā)出該泵切換報(bào)警，故障泵的運(yùn)行指示燈閃爍，撤消報(bào)警按鈕，撤消報(bào)警。如果一臺(tái)泵出口壓力開(kāi)關(guān)閉合，則備用泵自動(dòng)并車(chē)，并發(fā)出該泵切換報(bào)警。壓力恢復(fù)后，停止故障泵，故障泵運(yùn)行燈閃爍，撤消報(bào)警按鈕切除報(bào)警及燈光閃爍。

二、各泵啟動(dòng)順序圖

三、PLC的選用

CPU是PLC的核心單元，其性能決定了PLC的整體性能，必須根據(jù)控制系統(tǒng)的要求來(lái)選擇，這里我們根據(jù)實(shí)際需要，選用CPU102型，即可滿足控制要求..

四、梯形圖

五、結(jié)束語(yǔ)

該船用泵組合啟動(dòng)控制系統(tǒng)是根據(jù)某造船廠的實(shí)際情況，對(duì)某輪船上的12組泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)，采用西門(mén)子的S5-100PLC，達(dá)到了預(yù)期的控制目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪曉光，孫曉瑛等，可編程控制器原理及應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社

[2]夏辛明 可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用 北京 北京理工大學(xué)出版

篇(3)

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 機(jī)械制造 應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

一、機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

二、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展

在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

三、機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：

(1).20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。

由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。

(2).20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。

(3).20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。

我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。 轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論文下載中心

四、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：

1.智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。

2.模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情

3.網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

4.微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

5.環(huán)?；?/p>

篇(4)

【關(guān)鍵詞】電子工程設(shè)計(jì) EDA技術(shù) 研究分析

隨著電子技術(shù)的發(fā)展革新，應(yīng)用系統(tǒng)逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向發(fā)展。數(shù)字化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)也逐步由組合芯片向單片系統(tǒng)發(fā)展。EDA技術(shù)不僅帶來(lái)了電子產(chǎn)品領(lǐng)域和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的革命性變革，這也是科技發(fā)展與提高的必然產(chǎn)物。對(duì)于EDA技術(shù)的了解和對(duì)其在電子工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性分析都是十分有意義的。

1 EDA技術(shù)概述

所謂EDA技術(shù)，就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，由CAE、CAD、CAM等計(jì)算機(jī)概念發(fā)展出現(xiàn)。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為主要工具，集合了圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、拓?fù)溥壿嫛?yōu)化理論、計(jì)算數(shù)學(xué)、圖論等學(xué)科，形成最新的理論體系，是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電路理論、信號(hào)處理和信號(hào)分析的結(jié)晶?，F(xiàn)代化的EDA技術(shù)具備很多特點(diǎn)，普遍采用了“自頂向下”的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了設(shè)計(jì)方案的整體優(yōu)化，EDA技術(shù)的自動(dòng)化程度更高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠進(jìn)行各類級(jí)別的調(diào)試、糾錯(cuò)和仿真，設(shè)計(jì)者能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，避免了設(shè)計(jì)上的工作浪費(fèi)，設(shè)計(jì)人員也能拋開(kāi)細(xì)枝末節(jié)的問(wèn)題，將更多精力集中于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，保證了設(shè)計(jì)的低成本、高效率、循環(huán)快、周期短。EDA技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)并行操作，建立起并行工程框架的結(jié)構(gòu)環(huán)境，支持更多人同時(shí)并行電子工程的技術(shù)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。

2 EDA技術(shù)發(fā)展

電子工程設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái)，大致可以分為三個(gè)歷史時(shí)期：

2.1 初級(jí)階段

大約在二十世紀(jì)的七十年代，早期的EDA技術(shù)處于CAD階段，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路，由于傳統(tǒng)手工在制圖設(shè)計(jì)中的集成電路和集成電路板的花費(fèi)大、效率低、周期長(zhǎng)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)印刷，采取了CAD工具實(shí)現(xiàn)布圖布線的二維平面編輯和分析，取代了高重復(fù)性的傳統(tǒng)工藝。

2.2 發(fā)展階段

到了二十世紀(jì)八十年代，EDA技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展完善的階段。集成電路的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電子系統(tǒng)日益復(fù)雜化，人們深入研究軟件開(kāi)發(fā)，將CAD集成為系統(tǒng)，加強(qiáng)了電路的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，這一時(shí)期的EDA技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始延伸到半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。

2.3 成熟階段

經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的發(fā)展，直至二十世紀(jì)九十年代，微電子技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，單個(gè)芯片的集成就能夠達(dá)到幾百萬(wàn)或是幾千萬(wàn)甚至上億的晶體管，這種科技現(xiàn)狀對(duì)EDA技術(shù)提出更高的要求，推動(dòng)了EDA技術(shù)的發(fā)展。各類技術(shù)公司陸續(xù)開(kāi)發(fā)出大規(guī)模EDA軟件系統(tǒng)，出現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)仿真、高級(jí)語(yǔ)言描述和綜合技術(shù)的EDA技術(shù)。

3 EDA技術(shù)軟件

3.1 EWB軟件

所謂EWB是一種基于PC的電子設(shè)計(jì)軟件，具備了集成化工具、仿真器、原理圖輸入、分析、設(shè)計(jì)文件夾、接口等六大特點(diǎn)。

3.2 PROTEL軟件

該技術(shù)軟件廣泛應(yīng)用了Prote199，主要由電路原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和印刷電路板的設(shè)計(jì)系統(tǒng)兩大部分組成。高層次的設(shè)計(jì)技術(shù)在近年的國(guó)際EDA技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)、研究、應(yīng)用中成為熱門(mén)課題，并且迅速發(fā)展，成果顯著。該領(lǐng)域主要包括了硬件語(yǔ)言描述、高層次模擬、高層次的綜合技術(shù)等，伴隨著科技水平的提升，EDA技術(shù)也必然會(huì)朝向更高層次的自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展。

4 EDA在電子工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)流程

近年來(lái)的EDA技術(shù)深入到了各個(gè)領(lǐng)域，包括了通信、醫(yī)藥、化工、生物、航空航天等等，但是在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中應(yīng)用的最為突出，主要利用了EDA技術(shù)為虛擬儀器的測(cè)試產(chǎn)品提供了技術(shù)支持。EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于了電路設(shè)計(jì)仿真分析、電路特性優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。主要的技術(shù)流程如下：

4.1 源程序

通常情況下，電子工程設(shè)計(jì)首要的步驟就是通過(guò)EDA技術(shù)領(lǐng)域中的器件軟件，利用了文本或者是圖形編輯器的方式來(lái)進(jìn)行展示。不管是圖形編輯器或者是文本編輯器的使用，都需要應(yīng)用EDA工具進(jìn)行排錯(cuò)和編譯的工作，文件能夠?qū)崿F(xiàn)格式的轉(zhuǎn)化，為邏輯綜合分析提供了準(zhǔn)備工作。只要輸入了源程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真器的仿真。

4.2 邏輯綜合

在源程序中應(yīng)用了實(shí)現(xiàn)了VHDL的格式轉(zhuǎn)化之后，就進(jìn)入了邏輯綜合分析的環(huán)節(jié)。運(yùn)用綜合器就能夠?qū)㈦娐吩O(shè)計(jì)過(guò)程中使用的高級(jí)指令轉(zhuǎn)換成層次較低的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這就是邏輯綜合。通過(guò)邏輯綜合的過(guò)程，這可以看作是電子設(shè)計(jì)的目標(biāo)優(yōu)化過(guò)程，將文件輸入仿真器，實(shí)施仿真操作，保持功效和結(jié)果的一致性。

4.3 時(shí)序仿真

在實(shí)現(xiàn)了邏輯綜合透配之后，就可以進(jìn)行時(shí)序仿真的環(huán)節(jié)了，所謂的時(shí)序仿真指的就是將基于布線器和適配器出現(xiàn)的VHDL文件運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄蝹鬟_(dá)到仿真器中，開(kāi)始部分仿真。VHDL仿真器考慮到了器件特性，所以適配后的時(shí)序仿真結(jié)果較為精確。

4.4 仿真分析

在確定了電子工程設(shè)計(jì)方案之后，利用系統(tǒng)仿真或者是結(jié)構(gòu)模擬的方法進(jìn)行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)的函數(shù)傳遞，選取相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析。這一系統(tǒng)的仿真技術(shù)同樣可以運(yùn)用到其他非電子工程專業(yè)設(shè)計(jì)的工作中，能夠應(yīng)用到方案構(gòu)思和理論驗(yàn)證等方面。

5 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的革新，EDA技術(shù)的領(lǐng)域也在向高層次的技術(shù)推廣和開(kāi)發(fā)，成效十分顯著。本篇論文我們對(duì)EDA技術(shù)的相關(guān)信息進(jìn)行了詳細(xì)的分析很研究，研究表明，EDA技術(shù)對(duì)于我國(guó)的電子工程設(shè)計(jì)改革具有巨大的推動(dòng)力，基于EDA技術(shù)領(lǐng)域的電子產(chǎn)品在專業(yè)化程度和使用性能上都要比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案制造的產(chǎn)品更加優(yōu)化。將EDA技術(shù)應(yīng)用到電子工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)于電子產(chǎn)品的優(yōu)化和工作效率的提高以及產(chǎn)品附加值的拓展都有很大的作用。

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；本科培養(yǎng)方案；課程設(shè)置；辦學(xué)特色

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）30-0070-02

21世紀(jì)被稱為信息時(shí)代，電子科學(xué)與技術(shù)在信息、能源、材料、航天、生命、環(huán)境、軍事和民用等科技領(lǐng)域?qū)@得更廣泛的應(yīng)用，必然導(dǎo)致電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。這種產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)反過(guò)來(lái)對(duì)本專業(yè)的鞏固、深化、提高和發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用，也對(duì)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會(huì)需求出發(fā)，結(jié)合我校實(shí)際情況，進(jìn)行了本科專業(yè)培養(yǎng)方案的改革探索，并詳細(xì)介紹了培養(yǎng)方案的制定情況。

一、人才的社會(huì)需求情況

目前，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科畢業(yè)生主要面向長(zhǎng)三角地區(qū)龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業(yè)，市場(chǎng)對(duì)專業(yè)人才的需求基本上是供不應(yīng)求的。但是也應(yīng)該注意到電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)的分布不均，分類較細(xì)，且發(fā)展變化較快。另外，電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有多樣性，既有勞動(dòng)密集型的大型企業(yè)、大公司，更多的是小公司和小企業(yè)；既有國(guó)有企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)，更有合資、獨(dú)資的外企。因此，社會(huì)需求與本專業(yè)畢業(yè)生的供需矛盾還會(huì)繼續(xù)存在。

二、專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和定位

本專業(yè)培養(yǎng)具備微電子、光電子領(lǐng)域的寬厚專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，熟練實(shí)驗(yàn)技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統(tǒng)的新工藝、新技術(shù)研究開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)技能，有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，能夠在該領(lǐng)域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設(shè)計(jì)、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究、開(kāi)發(fā)和管理工作工程技術(shù)人才。并且結(jié)合我?！按蠊こ逃^”人才培養(yǎng)特色，依據(jù)“卓越工程師”教育理念下工程技術(shù)型人才培養(yǎng)的原則，培養(yǎng)適應(yīng)微電子和新興光電行業(yè)乃至區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的工程技術(shù)型人才。

三、本科培養(yǎng)方案制定的思路

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案參照工程教育認(rèn)證的要求，以及專業(yè)下設(shè)微電子、光電子材料與器件兩個(gè)本科培養(yǎng)方向的思路制定。注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐工程能力，使畢業(yè)生能滿足長(zhǎng)三角地區(qū)微電子、光電子和新能源行業(yè)發(fā)展的需求。微電子方向的課程設(shè)置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。

四、本科培養(yǎng)方案的改革探索

要實(shí)現(xiàn)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，并結(jié)合我校學(xué)科發(fā)展方向和特色，對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了研究，并對(duì)省內(nèi)外幾所高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行調(diào)研，最終形成了富有特色的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，主要內(nèi)容如下：

1.培養(yǎng)方案的模塊化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科培養(yǎng)方案的整體框架時(shí)，根據(jù)“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、培養(yǎng)能力”和培養(yǎng)工程技術(shù)型人才的辦學(xué)理念下，專業(yè)培養(yǎng)方案分人文與社會(huì)科學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課三個(gè)模塊，下設(shè)微電子和光電子材料與器件兩個(gè)專業(yè)方向。學(xué)生在前兩年學(xué)習(xí)相同的課程，到大三時(shí)根據(jù)自己的興趣選擇專業(yè)方向，選修各自方向的專業(yè)課。由于兩個(gè)方向的不同培養(yǎng)要求，因此在專業(yè)基礎(chǔ)選修課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課方面設(shè)置限選模塊，每個(gè)專業(yè)方向必須修滿相應(yīng)的學(xué)分才能畢業(yè)。

2.改革專業(yè)基礎(chǔ)課程。專業(yè)基礎(chǔ)課程是為專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)，因此，在保留了原有電子信息類專業(yè)通常所開(kāi)設(shè)的電子類課程外，增加了與專業(yè)相關(guān)的課程，如EDA技術(shù)、通信原理、數(shù)字信號(hào)處理、物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、激光原理與技術(shù)等課程，刪減了原先與物理類相關(guān)的一些課程，如物理學(xué)史、原子物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等，并刪減了一些計(jì)算機(jī)軟件類課程，如C++程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用等。專業(yè)基礎(chǔ)選修課程分方向限選模塊，兩個(gè)專業(yè)方向?qū)?yīng)有不同的專業(yè)基礎(chǔ)選修課程。

3.優(yōu)化專業(yè)課程。專業(yè)課程是整個(gè)專業(yè)教育中的主干部分，微電子方向的課程設(shè)置緊緊圍繞半導(dǎo)體和集成電路設(shè)計(jì)方向，開(kāi)設(shè)有集成電路設(shè)計(jì)、微電子工藝原理與技術(shù)、工藝與器件可靠性分析、半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)、現(xiàn)代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開(kāi)設(shè)光電子材料與器件、光電檢測(cè)原理與技術(shù)、太陽(yáng)能電池原理與技術(shù)、光纖傳感原理與技術(shù)、光纖通信技術(shù)等課程。另外專業(yè)課程里面還設(shè)置有專業(yè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力，增強(qiáng)學(xué)生的理論知識(shí)。

五、與省內(nèi)外專業(yè)人才培養(yǎng)的區(qū)別

具有電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的各大高校分布在不同的地區(qū)，服務(wù)于不同的區(qū)域經(jīng)濟(jì)，這就要求專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)具有區(qū)域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)、南京理工大學(xué)和徐州工程學(xué)院這五所不同地區(qū)、不同層次高校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案。不僅使我們能學(xué)習(xí)到其他高校的先進(jìn)辦學(xué)理念、合理的課程設(shè)置體系，也可以發(fā)現(xiàn)與其他高校之間的差異。具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.專業(yè)定位。各個(gè)學(xué)校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)依據(jù)自身的師資力量、辦學(xué)條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)要求確定專業(yè)的發(fā)展定位。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)依托1個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、2個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、3個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，人才培養(yǎng)定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等方面工作的工程技術(shù)人才。浙江工業(yè)大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)光通信、電子電路系統(tǒng)、集成電路設(shè)計(jì)等方面的人才。蘇州大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位在培養(yǎng)能夠在電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域從事各類系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)和芯片級(jí)研發(fā)工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。南京理工大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要是突出光電技術(shù)和微電子與信息處理學(xué)科的交叉和融合，以光電成像探測(cè)理論與技術(shù)及微電子理論與技術(shù)為專業(yè)特色。徐州工程學(xué)院的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要定位在培養(yǎng)能從事光電子材料與器件開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人才。而我校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位于服務(wù)長(zhǎng)三角地區(qū)半導(dǎo)體和新能源行業(yè)，培養(yǎng)能從事集成電路設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、光電子材料與器件的研發(fā)等工作的工程技術(shù)人才。

2.課程體系。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)電子元器件、電子電路系統(tǒng)、電子集成系統(tǒng)的能力，在課程設(shè)置上開(kāi)設(shè)了通信電子電路、EDA技術(shù)、薄膜物理與技術(shù)、電子材料與電子器件、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、集成電路設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)原理和應(yīng)用、現(xiàn)代DSP技術(shù)及應(yīng)用等專業(yè)課程。浙江工業(yè)大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)電子電路系統(tǒng)、集成電路系統(tǒng)的能力，開(kāi)設(shè)了電路原理、模電數(shù)電、通信電子線路、集成電路設(shè)計(jì)、光纖通信原理、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理等專業(yè)課程，以及電子線路CAD實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)、通信原理實(shí)驗(yàn)、通信電子線路大型實(shí)驗(yàn)、微電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體器件仿真大型實(shí)驗(yàn)、集成電路設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。蘇州大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)，從事各類系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)和芯片級(jí)研發(fā)工作的能力，開(kāi)設(shè)了信號(hào)與系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與電磁波、高頻電路設(shè)計(jì)與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)、VLSI設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等專業(yè)課程，以及電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、信號(hào)與電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子線路實(shí)驗(yàn)、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。南京理工大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生從事光電子器件、光電系統(tǒng)和集成電路的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的能力，開(kāi)設(shè)了信號(hào)與系統(tǒng)、光學(xué)、光電信號(hào)處理、光輻射測(cè)量、光電子器件、光電成像技術(shù)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、光電子技術(shù)、顯示技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字圖像處理、半導(dǎo)體集成電路、集成電路測(cè)試技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子線路、電視原理等專業(yè)課程。徐州工程學(xué)院的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)光電子材料與器件的能力，開(kāi)設(shè)有信號(hào)與系統(tǒng)、光電子學(xué)、光電子技術(shù)、激光原理與技術(shù)、光伏材料等專業(yè)課程，以及模擬電路課程設(shè)計(jì)、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性課程。我校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)、光電子材料與器件的設(shè)計(jì)與制備能力，開(kāi)設(shè)有半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件原理、MEMS技術(shù)、微電子工藝原理與技術(shù)、薄膜材料及制備技術(shù)、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術(shù)、通信原理、數(shù)字信號(hào)處理、光電子材料與器件、光電檢測(cè)原理與技術(shù)、太陽(yáng)能電池原理與技術(shù)、光纖通信技術(shù)等專業(yè)課程，以及近代物理實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。

3.人才培養(yǎng)特色。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)特色是注重集成電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成方面能力的培養(yǎng)。浙江工業(yè)大學(xué)的人才培養(yǎng)注重光纖通信、集成電路設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。蘇州大學(xué)的人才培養(yǎng)注重電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。南京理工大學(xué)的人才培養(yǎng)注重光電技術(shù)和微電子與信息處理學(xué)科的交叉和融合，以光電成像探測(cè)理論與技術(shù)及微電子理論與技術(shù)為專業(yè)特色。徐州工程學(xué)院的人才培養(yǎng)注重光電材料與器件方面能力的培養(yǎng)。我校的人才培養(yǎng)注重電子材料與電子器件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、集成電路設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學(xué)與技術(shù)本科人才培養(yǎng)方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].17-20.

篇(6)

論文摘 要: 概括說(shuō)明機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況,重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)制造和人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛應(yīng)用。

0 引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的變革,同時(shí)給相關(guān)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的影響,提高了生產(chǎn)水平和技術(shù)。隨著各種技術(shù)之間相融合的發(fā)展,以計(jì)算機(jī)電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)為核心的機(jī)電控制領(lǐng)域?qū)⒔o工業(yè)及科研等領(lǐng)域帶來(lái)更多的實(shí)際應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展概況

1.1 計(jì)算機(jī)控制理論的形成與技術(shù)的發(fā)展

忽略數(shù)字信號(hào)的量化效應(yīng),可以將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)看成采樣控制系統(tǒng),在這一系統(tǒng)中,將其中連續(xù)的環(huán)節(jié)離散化,則整個(gè)系統(tǒng)又可看成由不同的離散系統(tǒng)構(gòu)成。計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態(tài)空間理論和系統(tǒng)辨識(shí)自適應(yīng)控制等理論綜合應(yīng)用到控制技術(shù)中,使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有了初步發(fā)展。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、時(shí)變的非線性系統(tǒng),控制系統(tǒng)則融入了魯棒控制、模糊控制、預(yù)測(cè)控制等多種新型理論,逐步形成了工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的一個(gè)新方向。

自世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世后,計(jì)算機(jī)首先被用來(lái)自動(dòng)檢測(cè)化工生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程參量并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理,同時(shí)也研究了計(jì)算機(jī)的開(kāi)環(huán)控制。到二十世紀(jì)六十年代,出現(xiàn)了用于過(guò)程控制的計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制。后經(jīng)集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的以微處理器為核心的分層式控制系統(tǒng)控制,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理控制等。伴隨著計(jì)算機(jī)處理器等技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)的變革,最終應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中并對(duì)其產(chǎn)生巨大影響。

1.2 機(jī)械和電子控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀

在生產(chǎn)、科研等諸多領(lǐng)域里,有大量的物理量需要按某種變化規(guī)律進(jìn)行控制。在二十世紀(jì)三十年代之前,工業(yè)生產(chǎn)多處于手工操作的狀態(tài)。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內(nèi),初步有了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械控制實(shí)踐。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn),直接實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中各參量和過(guò)程的數(shù)字控制。計(jì)算機(jī)的微型化使控制技術(shù)更加智能化,同時(shí)將機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)也得到迅猛發(fā)展,且越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用到各生產(chǎn)領(lǐng)域。目前主要形成并應(yīng)用的機(jī)電控制技術(shù)主要有PID控制,PID是經(jīng)典控制理論的代表,它吸收了智能控制思想并利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì),形成了自適應(yīng)PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制(FLC)、變結(jié)構(gòu)控制等,均隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展在不斷地拓寬。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展及在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用

2.1 機(jī)電一體化的簡(jiǎn)介和生產(chǎn)應(yīng)用

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)集合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱,綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等對(duì)各生產(chǎn)領(lǐng)域的控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督操作。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有數(shù)控機(jī)床,通過(guò)相應(yīng)的數(shù)控技術(shù),在工業(yè)操作上結(jié)構(gòu)、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結(jié)構(gòu),豐富了數(shù)控功能,也提高了生產(chǎn)效率。

柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造系統(tǒng)在機(jī)電控制工業(yè)的應(yīng)用,是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)。它主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。在工業(yè)上,它可以隨機(jī)地、按量地按照裝配部門(mén)的要求,生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件,更適用于多品種,小批量等的離散零件的批量生產(chǎn)。

交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展也是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)上有了重要的應(yīng)用,尤其是在鋼鐵工業(yè)中,使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)得以實(shí)現(xiàn),無(wú)論是大容量電機(jī)還是小容量電機(jī)現(xiàn)均可使同步電機(jī)或者異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆滑調(diào)速。也使交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

可編程控制器(PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制化技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中大量開(kāi)關(guān)控制的問(wèn)題,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統(tǒng)。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步,其應(yīng)用領(lǐng)域更是不斷擴(kuò)大,可采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù),還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。這種過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。此外,隨著工廠網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的發(fā)展,PLC可實(shí)現(xiàn)通信及聯(lián)網(wǎng)功能,更有助于工業(yè)生產(chǎn)的控制過(guò)程的監(jiān)控。如今,PLC技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保以及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。

2.2 計(jì)算機(jī)在機(jī)械和電子控制產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械電子控制技術(shù)一體化的有機(jī)結(jié)合,不斷使相關(guān)的新技術(shù)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中去,這些應(yīng)用到的領(lǐng)域已經(jīng)不再局限于工業(yè)的生產(chǎn),更多技術(shù)是切身關(guān)系到我們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕睢Ｏ旅媾e幾個(gè)具體實(shí)例來(lái)介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電控制相結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用。

PLC實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手移動(dòng)工件的控制過(guò)程。隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展,人類活動(dòng)的范圍不斷擴(kuò)大,機(jī)器人的應(yīng)用正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展,并從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域,各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。隨著機(jī)器人的生產(chǎn)和大量應(yīng)用,很多領(lǐng)域,許多單一、重復(fù)的機(jī)械工作由機(jī)器人(也稱機(jī)械手)來(lái)完成。工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī),廣泛采用工業(yè)機(jī)器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對(duì)保障人身安全,改善 勞動(dòng)環(huán)境,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有重要意義。與計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。

農(nóng)業(yè)方面,機(jī)械作業(yè)過(guò)程中駕駛室內(nèi)的儀表盤(pán)正迅速由電子監(jiān)視儀表取代并逐步由單一參數(shù)顯示方式向智能化信息顯示終端過(guò)渡,以此來(lái)改善人機(jī)交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端(Virtual Display Terminal),它代表了當(dāng)代儀器與控制裝置發(fā)展的主流方向。它可通過(guò)屏幕任意選擇顯示機(jī)組中不同部分的終端信息,在屏幕上按操作者的需求,調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)信息,顯示數(shù)據(jù)、圖形、語(yǔ)音等多媒體信息。另外,還可以將數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡,將農(nóng)業(yè)作業(yè)過(guò)程的數(shù)據(jù)信息通過(guò)智能卡帶回辦公室,由計(jì)算機(jī)應(yīng)用高級(jí)軟件進(jìn)行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過(guò)智能卡傳送到拖拉機(jī)上的智能控制終端,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制農(nóng)機(jī)的操作。

PLC在自動(dòng)售貨機(jī)中的應(yīng)用。自動(dòng)售貨機(jī)通過(guò)顧客選擇商品開(kāi)關(guān),投入的硬幣值由PLC驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示,經(jīng)過(guò)光傳感器識(shí)別,通過(guò)判斷,進(jìn)行下一步操作,經(jīng)過(guò)PLC的系統(tǒng)控制和信號(hào)輸出完成售賣(mài)過(guò)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電自動(dòng)控制在自動(dòng)售貨機(jī)中的這項(xiàng)應(yīng)用極大方便了人們的生活,也使PLC的應(yīng)用更加廣泛。

交通信號(hào)燈系統(tǒng)也是微機(jī)軟件應(yīng)用到電子控制系統(tǒng)中的典型實(shí)例。通過(guò)主要應(yīng)用PLC技術(shù)控制十字路口的信號(hào)燈動(dòng)作。準(zhǔn)確無(wú)誤的完成信號(hào)燈的變燈動(dòng)作來(lái)控制時(shí)間,這項(xiàng)應(yīng)用更是極大方便了人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯某鲂小?/p>

電腦橫機(jī)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給機(jī)械編織行業(yè)帶來(lái)了巨大的變革。現(xiàn)在的電腦橫機(jī)是一種涉及到計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子、控制等諸多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。電腦橫機(jī)的編織是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程,最初的橫機(jī)是手動(dòng)橫機(jī),只能勝任比較簡(jiǎn)單的編織過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電腦橫機(jī)中,通過(guò)電腦的自動(dòng)控制,設(shè)計(jì)人員可對(duì)編織花型進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì),通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字直接控制機(jī)械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應(yīng)的機(jī)械編織動(dòng)作,由計(jì)算機(jī)指令控制系統(tǒng)完成整個(gè)設(shè)計(jì)的編織,極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。

與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多,并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯,以機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為主體的機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 總結(jié)

在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域,電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融入發(fā)展,機(jī)電一體化的形成是機(jī)械工業(yè)中的重要變革。通過(guò)不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù),使機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

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篇(7)

與傳統(tǒng)光學(xué)不同的是，由光學(xué)與微電子、微機(jī)械、納米技術(shù)互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學(xué)科――微納光學(xué)，變革了傳統(tǒng)光學(xué)與技術(shù)的發(fā)展路線。這門(mén)新興的交叉學(xué)科在信息、能源、生命、環(huán)保、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域均已產(chǎn)生新的重要應(yīng)用。在我國(guó)，微納光子學(xué)的發(fā)展也日益受到重視，未來(lái)發(fā)展前程似錦。

1996年，付永啟博士畢業(yè)。近20年過(guò)去，付永啟一直沒(méi)有離開(kāi)過(guò)微納光學(xué)研究領(lǐng)域，在他看來(lái)，盡管微光學(xué)似乎看不見(jiàn)，摸不著，但從人們的生活乃至國(guó)家的高尖端科學(xué)都離不開(kāi)它。這正是它的魅力所在。

“微納光子雖小，照亮我們未來(lái)的路”

1994年，付永啟在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所攻讀博士學(xué)位，“當(dāng)時(shí)是跟導(dǎo)師一起做國(guó)家航天項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目――‘動(dòng)態(tài)目標(biāo)發(fā)生器’的研究，我主要負(fù)責(zé)曲面光刻的研究?！蹦鞘撬佑|到微光學(xué)并逐漸對(duì)微光學(xué)元器件的設(shè)計(jì)制作產(chǎn)生興趣的開(kāi)始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)制作方面開(kāi)展了深入研究。隨后為了開(kāi)闊視野、提升研究能力，付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心作研究員，借助當(dāng)?shù)貎?yōu)越的軟硬件條件繼續(xù)深入開(kāi)展微光學(xué)以及后期納米光學(xué)領(lǐng)域的研究工作。

從此，一個(gè)嶄新的世界――納米光學(xué)這個(gè)交叉領(lǐng)域逐步在他面前展開(kāi)。

正如他所說(shuō)的“學(xué)得越多就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己不懂的東西越多”，在學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中，他覺(jué)得不應(yīng)該囿于領(lǐng)域，萌生了走出國(guó)門(mén)看看的念頭。1998年，他選擇赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心做研究員。后來(lái)，又通過(guò)那里獲得了在麻省理工學(xué)院作訪問(wèn)學(xué)者的機(jī)會(huì)。

通過(guò)與科研院所及工業(yè)界的合作，付永啟開(kāi)展了多個(gè)橫向和縱向項(xiàng)目研究，接觸到了微電子、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微納加工、納米計(jì)量及生化分析等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，先后完成了多項(xiàng)重大研究課題，并取得了許多創(chuàng)新性成果。

借助于國(guó)外較好的軟硬件條件，付永啟快速提高了獨(dú)立開(kāi)展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇，已經(jīng)不再是形式的混體，而是精神層面的和平融合，使得付永啟的治學(xué)態(tài)度里，囊括了中國(guó)智慧的通達(dá)以及西方思想嚴(yán)密的邏輯性，在這種態(tài)度的指引下，他對(duì)科研工作有了更深層次的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)科學(xué)研究也更加熱愛(ài)。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學(xué)元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術(shù)上，經(jīng)過(guò)兩年的反復(fù)研究、實(shí)驗(yàn)，終于獲得成功并使該技術(shù)逐漸走向成熟。

付永啟利用納米加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術(shù)直接一步將微光學(xué)元器件甚至納米光子元器件與光電子器件（如半導(dǎo)體激光器、光導(dǎo)纖維等）集成于一體，從而達(dá)到直接控制光束的目的。這一技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的采用離散光學(xué)元件對(duì)激光束進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦的方法，不但減少了光學(xué)系統(tǒng)的元件數(shù)，而且節(jié)省了空間，更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化和小型化，對(duì)微系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要意義。

同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)了兩種材料，它們?cè)诰劢闺x子束轟擊下具有材料自組織成型特性，該特性可直接用于微光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)成型。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠制作出幾種特定的微光學(xué)元件，包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。

此外，付永啟還利用聚焦離子束直接寫(xiě)入法和輔助沉積法成功實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化；也就是說(shuō)，該集成一體化既可以采用基于聚焦離子束去除材料的方法實(shí)現(xiàn)，也可以利用材料生長(zhǎng)的方法來(lái)得到。從而為光學(xué)系統(tǒng)的小型化、微型化、平面化提供了制作技術(shù)保障。該集成一體化元/器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、生化、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域，至今仍在應(yīng)用，還沒(méi)有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術(shù)在微電子行業(yè)的廣泛應(yīng)用，大大提高了微電子工業(yè)上材料、工藝、器件分析及修補(bǔ)的精度和速度，目前已經(jīng)成為微電子技術(shù)領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)器件制造全過(guò)程的主要加工手段。

“研究要服務(wù)社會(huì)，我們要瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求”

“在國(guó)外更能體會(huì)到‘國(guó)家’兩字的真實(shí)內(nèi)涵，真心希望自己的祖國(guó)能夠早日強(qiáng)大。當(dāng)2008年北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上播放出《我的祖國(guó)》這首歌時(shí)，激動(dòng)的心情難于言表，內(nèi)心百感交集?！?付永啟感慨道。2007年，付永啟放棄國(guó)外優(yōu)越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進(jìn)理念回國(guó)，先后受聘于中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所微細(xì)加工光學(xué)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院。

“剛回國(guó)時(shí)想有一個(gè)屬于自己獨(dú)立的科研小組和相對(duì)寬松的科研環(huán)境，在這種環(huán)境中能靜下心來(lái)實(shí)際做點(diǎn)科研，希望能從科研工作和培養(yǎng)學(xué)生方面體現(xiàn)出自身的價(jià)值所在?？茖W(xué)研究最終是要服務(wù)社會(huì)的，而具體的應(yīng)用領(lǐng)域要瞄準(zhǔn)國(guó)家的重大需求?！备队绬⑹沁@樣說(shuō)的，也是這樣做的。

在學(xué)校和所在團(tuán)隊(duì)的支持下，付永啟在納光子結(jié)構(gòu)、元器件及其應(yīng)用方面取得多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。提出了兩種基于納金屬結(jié)構(gòu)的超分辨透鏡，該透鏡可方便地通過(guò)聚焦離子束技術(shù)一步制作出來(lái)，其光學(xué)表征可利用近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)；基于表面等離子體極化用于生化免疫分析：設(shè)計(jì)和制作了菱形納金屬顆粒，并成功地用于老年癡呆癥（ADDL）以及SEB病毒素的測(cè)試；有源及無(wú)源光電子器件與衍射光學(xué)元件的集成；基于聚焦離子束技術(shù)的微光學(xué)元器件的一步制作技術(shù)的開(kāi)發(fā)和拓展；基于納光子器件微探頭的納米計(jì)量系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)：提出利用納光子超透鏡微探頭并結(jié)合激光多普勒外差干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米缺陷的動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)，該內(nèi)容已獲得美國(guó)專利授權(quán)。

研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在微光學(xué)元件的加工制作技術(shù)上，國(guó)際上首創(chuàng)采用聚焦離子束技術(shù)直接一步加工和制作微小光學(xué)元件，具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創(chuàng)新技術(shù)解決了一些常規(guī)微光學(xué)元件制作方法難以實(shí)現(xiàn)的微光學(xué)元器件集成一體化問(wèn)題，為光學(xué)系統(tǒng)緊湊化和小型化，以及微光學(xué)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)提供了一條新的有效途徑。

如果把才華比作劍，那么勤奮就是磨刀石。付永啟和課題組成員付出了超乎尋常的努力，經(jīng)過(guò)多年的努力拼搏，在納米光學(xué)、微細(xì)加工、納米加工、衍射光學(xué)及微光學(xué)領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，在國(guó)際相關(guān)著名學(xué)術(shù)期刊和國(guó)內(nèi)核心學(xué)術(shù)期刊上150余篇，其中被SCI檢索收錄論文120余篇，以第一作者撰寫(xiě)和58篇，以通訊作者100余篇，JCR分區(qū)一區(qū)刊物論文23篇，影響因子IF>3.0的論文46篇（占SCI論文總數(shù)的34%），論文累計(jì)被引次數(shù)1100余次，單篇他引最高次數(shù)83次，JCR統(tǒng)計(jì)h指數(shù)18。其中，代表論文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被國(guó)際文獻(xiàn)追綜機(jī)構(gòu)BioMedLib于2011年2月28日評(píng)為納光子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的“Top10”論文之一；此外，在該領(lǐng)域國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物Plasmonics（該刊物屬于JCR分區(qū)一區(qū)刊物）上陸續(xù)發(fā)表系列研究論文22篇。

此外，付永啟在微納加工及納米光學(xué)領(lǐng)域分別撰寫(xiě)五部英文專著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版號(hào)：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版號(hào)：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版號(hào)：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版號(hào)：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版號(hào)ISBN： 978-953-307-912-7）；并獨(dú)立撰寫(xiě)中、英文專著各一部，分別為《納光子學(xué)及其應(yīng)用》（出版號(hào)ISBN： 978-7-80248-537-2）（該書(shū)是目前國(guó)內(nèi)唯一一部具有自己獨(dú)立編著版權(quán)的全面系統(tǒng)地介紹納米光學(xué)發(fā)展前沿的中文專著，出版后得到同行的一致好評(píng)。）、英文專著書(shū)名為《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此為基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)設(shè)了《亞波長(zhǎng)光學(xué)》課程，于2009年秋在電子科技大學(xué)作為研究生專業(yè)課程講授。自2010年電子科技大學(xué)研究生院和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究生部均采用《納光子學(xué)及其應(yīng)用》一書(shū)作為研究生專業(yè)課程：《亞波長(zhǎng)光學(xué)》及《納米光學(xué)》的指定教材。該書(shū)作為2011年電子科技大學(xué)“十二五”規(guī)劃研究生教材建設(shè)立項(xiàng)支持（項(xiàng)目編號(hào)：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修訂版。

有關(guān)利用聚焦離子束一步制作微光學(xué)元件的內(nèi)容被法國(guó)DELAWARE大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程系Robert G.. Hunsperger教授寫(xiě)入其編著的教科書(shū)《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一個(gè)章節(jié)中。部分研究結(jié)果還被美國(guó)網(wǎng)絡(luò)多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術(shù)百科全書(shū)》多媒體教程引用并收錄， 并被邀請(qǐng)作“聚焦離子束”章節(jié)的內(nèi)容評(píng)審人。

學(xué)術(shù)刊物論文中有關(guān)基于聚焦離子束直接沉積實(shí)現(xiàn)微型柱面透鏡與邊緣發(fā)射型半導(dǎo)體激光器集成化實(shí)現(xiàn)激光束的一維和二維整形的技術(shù)、以及類金剛石薄膜上一步寫(xiě)入微透鏡技術(shù)，被國(guó)際上面向工業(yè)界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡(jiǎn)報(bào)的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布；并已分別獲得美國(guó)發(fā)明專利和中國(guó)發(fā)明專利的授權(quán)。

鑒于他出色的科研成就，近年來(lái)相繼在美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、新加坡、中國(guó)等國(guó)舉辦的衍射光學(xué)與微光學(xué)、微加工及納米加工、離子束及應(yīng)用、精密工程、納米技術(shù)NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會(huì)議及年會(huì)上作大會(huì)報(bào)告及特邀報(bào)告。

2010年，付永啟被國(guó)家科技部聘請(qǐng)為國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目“光學(xué)自由曲面制造的基礎(chǔ)研究”的項(xiàng)目專家組成員；并受邀分別擔(dān)任國(guó)際學(xué)術(shù)刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級(jí)主編、副主編、及編委。