未来十年电子技术发展展望

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90年代世界电子技术科学将出现哪些重大的突破,取得什么样的成就?这是电子科学工作者普遍关心的问题。本文仅对半导体器件、信息存储与传输、数字图像处理的发展作一介绍。

半导体器件——晶体管

从1947年12月23日美国贝尔实验室研制出第一只晶体管算起,电子技术从真空时代进入固体时代已经走过了40多个年头。第1只晶体管是用一块n型锗作为基底材料做成的;随着时间的推移,经历了硅结型晶体管、平面型晶体管、外延型晶体管和金属氧化物半导体晶体管。1958年美国得克萨斯仪器仪表公司的Jack·kilby发明了集成电路,在制造工艺上,在开关速度、隔离、互联技术方面都取得了巨大的进展。今后的晶体管在开关速度方面,将把双极式晶体管的优点和互补型金属氧化物半导体晶体管的优点集中到一块芯片上,形成所谓“双互补型金属氧化物半导体器件。在隔离方面,将朝着双注入轻掺杂漏结构和采用氧化物侧壁隔片方向发展;在互联技术方面,将朝着要求局部互联,器件采用插头媒介的方向发展。

信息存储与传输

电子信息业的发展,离不开电子计算机技术,其中包括大规模集成电路技术和应用软件技术。预计到90年代末,存储容量为100兆位字节动态随机存储器芯片将大量生产,这种集成电路的印刷导线,只有0.2微米宽。这样一个芯片能存储相当于《人民日报》600个版面的信息。与此同时,到90年代末,人们将开发出可加工1000兆位字节的存储器芯片技术。另外,光盘的出现,将取代作为知识的传播载体且已被使用了两千多年的纸张。最近,美国科学家预测,随着激光技术的发展,90年代有可能出现激光录像盘。1987年动工兴建预计1993年竣工的美国南加里福尼亚大学图书馆将有别于当今世界上任何一家图书馆。所有书籍都不存放在书架而是录制于光盘。学生可在计算机上提取所需资料,用激光打印机打印后带回去阅读,甚至可用自己房间的计算机直接接入图书馆。装有光盘的计算机能存储文字、图像、立体声和电视画面等多种形式的信息。科学家们预测90年代后期的图书馆可以包罗万象。读者能把幻灯、电影、音乐和艺术从图书馆接入自己的计算机,不必再去图书馆了。

现在花钱少、传播快、使用方便的通信工具非传真机莫属。例如,从中国北京向美国华盛顿发送一封信,如采用特快邮递需2~3天,而采用传真机仅需45秒钟,且收费便宜。预计到90年代末,在一些工业化国家,综合业务数字网将得到普及;到那时,通过一根电话线,就能把各式各样的信息,包括声音、图像、文字、数据统统送到用户。也就是说,把今天相互独立的电话、传真、数据等各种网络综合统一成一个通信网——综合业务数字网。综合业务数字网是以电子计算机与通信相结合的产物,它将大大促进办公自动化的进程。

数字图像处理

在数字图像处理方面,科技人员早在1960年初期就开始进行文字识别、医用图像处理、物体识别、遥感图像处理等方面的研究。随着计算机的普及和图像处理专用处理机的开发,数字图像处理技术的应用更趋于实用化。

医用图像的处理对象很广,有计数器自动记录的闪烁图像、CT图像、NMR(核磁共振)图像、X射线图像、显微镜图像、超声波图像、热像、内视镜图像等。美国学者认为,到2020年时,图像成像装置将用来确定病灶的部位和范围,同时还可在不宜使用抗菌素之类的治疗方法时用来指导治疗。核磁共振图像装置、超声诊断装置和核医学成像装置将完全由核磁头共振图像装置所取代,X射线摄影装置仅用来检查骨骼系统的某些项目。

在工业生产中,数字图像处理应用在尺寸检查、非破坏性检查、目视检查、复件识别、图画识别、自动分组、工业机器人的眼睛等方面。人们观测月亮、火星、木星、土星、天王星、哈雷慧星是依靠装有传感器的电视摄像机进行的。根据有关专家预测,未来的作实时性工业用的电视摄像机将采用固体摄像元件,开发1000×1000、2000×2000像素的固体摄像元件指日可待。同时,γ射线、x射线、紫外线、红外线、微波、电磁波和超声波等不可见光的图像处理也将越来越受到人们的重视。

图像信息的获取离不开传感器,在多种多样的传感技术中,光纤传感技术还处于开发阶段。光纤传感器的最大优点之一是,光纤既可作传送件,又可作传感件,光纤传感器可以监测许多参数。例如压力、温度、应变、转矩、声学性能、电磁场、旋转、加速、PH值、化学变化、液位和气位以及流动等。可以预言,在未来十年的工业领域中,可以用光纤系统来监测供水中的有毒化学物的污染,实现用光谱监测远距离污染情况。在医疗领域,可以利用光纤传感器获得患者的脑磁场图。在军事领域,将光纤传感器埋入飞机或导弹的复合材料中,可大幅地减少飞行器的成本、提高性能。

在数字图像显示方面,液晶显示器由于具有微功耗、低压驱动、结构紧凑和被动显示等特点,将越来越受到人们的重视。目前在国外,2.5、3、7、9和12英寸的液晶彩色电视已经投放市场。14~23英寸的大屏幕液晶彩电也已问世。在美、日等国家,液晶彩电已进入消费市场。科学家预测:10年后,液晶彩电将逐渐取代现有的显像管电视机,而且色彩更加清晰明亮,画面更接近于自然色彩。

彩色化、大屏幕化及宽温度化已成为液晶显示技术发展的重要方向。可以预见,在未来的10年中,随着世界信息产业的迅速发展,液晶技术将在更广阔的领域造福于人类。(褚衍荣 王学成)