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微电子新技术论文
微电子新技术论文 微电子新技术论文篇一 微电子技术在生物医学中的应用 摘要：微电子技术与生物学之间有着非常紧密的联系。一方面微电子 技术的发展，将大大地推动生物医学的发展，另一方面生物医学的研究成果同样 也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。在这里我将主要从生物医学传感 器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者 之间的关系与发展。关键字：微电子技术生物医学 中图分类号：TN4文献标识码：
A 一、引言 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学， 为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领 域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关 键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路 的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、 高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功 能，更大大促进了医学电子学的发展。下面将主要从生物医学传感器、植入式电 子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与 发展。
二、生物医学传感器 生物医学传感器的作用是把生物体和人体中包含的生命现象、状态、 性质、变量和成分等生理信息(包括物理量、化学量、生物量等)转化为与之有确 定函数关系的电信息。生物医学传感器是生物医学电子学中最关键的技术，它是 连接生物医学和电子学的桥梁。主要可分为如下几类：电阻式传感器，电容式传 感器，电感式传感器，压电式传感器，光电传感器，热电式传感器，光线传感器，电化学传感器以及生物传感器等。它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标物 与敏感膜之间的反应，然后将反应程度用连续的电信号表达出来，从而得出被检 测样品的浓度。生物医学传感器的微型化和集成化是其中最重要的发展方向之一， 其主要原因：1)它是实现生物医学设备微型化、集成化的基础;2)将使得生物医学 测量和控制更加精确――达到分子和原子水平。是生物体成分(酶、抗原、抗体、 激素、DNA) 或生物体本身(细胞、细胞器、组织)，它们能特异地识别各种被测 物质并与之反应;后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管( ISFET ) 、热敏 电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ) 等，其功能为将敏感元件感知的生物化 学信号转变为可测量的电信号。因而它具有快速大量处理信息的能力，和诊断精 确的特点。
常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式 传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传 感器等。
医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电 极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶， 可制成微生物传感器，广泛应用于：药物分析、肿瘤监测、血糖分析等。
三、植入式电子系统 植入式电子系统是一种埋植在人体或生物体内的电子设备，它用来测 量生命体内的生理、生化参数的变化，或用来诊断与治疗一些疾病，即实现在生 命体自然状态下体内直接测量和控制功能或者代替功能残缺的器官。随着高可靠 性、低功率集成电路的发展，植入式电子系统的能源供给方式的多样化，无毒性 生物相容性等性能优良的生物材料研究的深入，以及显微外科手术水平的不断提 高，使得植入式电子系统得到飞速的发展，植入式电子学已成为生物医学电子学 中一个极为重要的组成部分。
植入电子系统主要包括：植入式测量系统、植入式刺激器、植入式药 疗(控制)装置、植入式人工器官及辅助装置等设备。采用植入式电子测量与控制 装置主要具有如下优点：1、可保证生物体在处于自然的生理状态条件下对各种 生理、生化参数进行连续的实时测量与控制;2、采用植入式测量装置后可大大减 少各种干扰因素，因此体内的各种信息不需经皮肤测量就可得到更加精确的数 据;3、便于对器官和组织的直接调控，能获得理想的刺激和控制响应，有利于损 伤功能的恢复和病情的控制;4、可以用来治疗某些疾病， 比如癫痫、瘫痪等;5、用来代替某些器官的功能，比如肾脏、四肢、耳蜗等。
植入式电子系统在微电子方面研究的关键技术主要有：1、植入式天 线的设计技术。主要是解决效率与天线微型化之间的矛盾;2、RF射频电路的设计 技术。射频电路是植入体内部分与体外部分通信的关键电路;3、低功耗植入式集 成电路设计技术，它一方面是要保证植入式系统在有限能源的前提下能在体内长 期稳定工作，另一方面是电路产生过多热量会对生命体本身造成危害;4、植入式 系统的能量供给技术。由于经常把把植入体内设备拿出体外进行充电是不实际的， 目前一般采用下述四种方式给体内供能：植入式电源、红外线偶合供能、射频供 能或者是利用体内其他能量的转换，比如温差供电，利用血液中氢和氧进行燃料 电池反应或利用生物体自身的机械能等;5、微弱信号的提取技术。生物信号都是 微弱信号，而且往往存在着背景噪音都很强大的情况;6、一些前沿的数字信号处 理技术的应用。比如利用人工神经网络技术与线性预测技术来通过脑电实时控制 多自由度的假肢的研究，以及基于小波变换的语音信号处理技术应用于人工耳蜗 等;7、植入式电子系统的制作与封装技术。主要研究的是如何利用生物相容性优 良的生物材料来对集成电路进行封装，这样既能保证植入到体内的系统不会对生 命体造成危害，也能保证其能在人体环境中长期稳定地工作。
四、生物芯片 生物芯片是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集 成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高 通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子固着于硅片、 玻璃片(珠)、塑料片(珠)、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因 此生物芯片技术又称微陈列技术，含有大量生物信息的固相基质称为微阵列，又 称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯，亦称微电子芯， 也就是缩微实验室芯片。
生物芯片的第一个应用领域是检测基因表达。但是将生物分子有序地 放在芯片上检测生化标本的策略是具有广泛的应用，对基因组DNA进行杂交分 析可以检测DNA编码区和非编码区单个碱基改变、确失和插入，DNA杂交分析 还可用于对DNA进行定量，这对检测基因拷贝数和染色体的倍性是很重要的。
因此生物芯片对于基因工程的发展具有重大意义。
五、结束语现代和未来的信息社会中，信息处理系统要对自然和社会的各种变化 做出反应，首先需要通过传感器将外界的各种信息提取出来并转换成信息系统中 的信息处理单元(即计算机)能够接收和处理的信号。微电子技术在这些领域中起 的关键作用，生物医学的发展对微电子技术也起了巨大促进作用，这两者相互促 进，，微电子技术的发展将为生物医学带来巨大的变革，同样生物医学也将会给 微电子技术的创新提供崭新的思路。
微电子新技术论文篇二 微电子技术在航空系统中的发展 【摘 要】微电子技术在当今社会迅猛发展，使电子技术得到进一步 推动，使航空电子发展变得更加系统化和综合化。微电子芯片的技术突破让传统 工业得到迅猛发展。把微电子技术用到航空领域，促进航空电子的智能化、综合 化、模块化。使航空领域有所突破。微电子技术的发展必然为航空技术提供更为 广阔的发展空间。
【关键词】微电子技术;航空系统;发展 1 航空电子系统的发展现状 微电子技术的发展加强了航空电子系统的功能和性能，使航空电子系 统重新焕发生机。传统的航空电子系统是按照雷达、导航、通信、电子战的物理 任务划分结构体系的。微电子技术在航空系统中应用之后，变成按综合探测器、 综合显控系统、综合处理机的逻辑功能来划分系统的结构体系的。完成了航空电 子系统从量到质的飞跃。
当前，在航空电子系统中，军用飞机的发展一般经历了4个阶段：
1.1 离散式的结构 20世纪初一直到20世纪50年代，现代的军用飞机处于离散式结构阶段， 作战飞机的测量设备主要是火控雷达和光学瞄准。它的子系统有自己独有的显示 器、传感器、控制器和计算机，中心计算机并不对整个系统进行操控。这种结构 适用于专用性强，但是大量信息难以交换，灵活性差，如果要调整必须通过处理 硬件系统才能实现。1.2 集中式的结构 20世纪50年代到20世纪70年代，微电子技术的发展越来越快，而航空 电子系统中更面临很多亟需解决的问题。美国空军Wright实验室开始向公众介绍 数字式航空电子信息系统，使用LSL和MSI可以使控制部分和航空电子系统实现 综合化。在当时，因为子系统都是模拟式的，综合化的性能效果大打折扣。
1.3 联合式的结构 20世纪70年代到80年代，联合式的结构在软件技术、微计算机技术和 数字通信得到发展的背景下出现了，通过1553B的数据总线配合火控计算机来实 现对飞机上各个独立功能的子系统进行管理。通过这一技术，拟补了以前的结构 功能上的不足，能够使整个飞机上的功能有机的结合在一起。
1.4 综合共享式的结构 20世纪80年代以后，微电子技术得到更快的发展，ASIC技术促使电 子系统的体积、性能和可靠性增强。Wright实验室希望通过Pave pace计划，把综 合化范围发展到天线孔径和射频通道一级。
2 微电子技术中包含航空电子系统的发展 根据我国航空电子装备发展的历史可以看出微电子技术在其中所起 到的巨大的推动作用。例如，我国军用飞机通过对微电子技术的应用使得各方面 的能力大幅度地得到了提高，例如空对空的作战能力;精确制导武器具备了的对 地攻击的能力等，这同微电子技术的应用是有着密切的关联的，同航空相关的微 电子技术在发展中主要有以下的几个方面：
2.1 超高速的集成电路 超高速集成电路是组成航空电子设备的部件。在第三和第四这两代战 斗机上我们主要采取的是硅超高速集成电路。超高速集成电路让电子设备实现了 小型化，大幅度降低了集成电路的总数和体积。设备故障也同时减少了。加快了 数据处理速度，加大了储存能力。然而硅超高速集成电路并不能完全满足我们的 要求，比硅超高速集成电路效率更高的是砷化镓集成电路。可以预见的是砷化镓 集成电路在航空电子的应用前景将更加广泛。2.2 专用的集成电路 根据需要，制造了专用集成电路的微电子芯片，应用在航空电子系统 中，使性能得到提高。设备保密性增强。美国第四代机已经应用专用集成电路， 主要装配在通信等保密的微电子元件。专用集成电路的制造成本比较高，所以这 也阻碍其发展。
2.3 微电子新技术的发展 20世纪90年代提出了SOC的概念。它把各层次电路、处理机制、模拟 算法、软件、芯片结构和器件设计都联系在了一起，通过一块芯片来完成以前几 个芯片组合才能完成的功能。SOC技术使微电子技术由原来的电路集成走向系统 集成。SOC技术考虑了整体因素，减少了复杂性，所以造价成本降低。
微电子技术得到充分发展之后，出现了微电子机械系统，微电子机械 系统把微电子技术和精密机械结合在一起，可以感受到来源自自然界的光、热、 声、等信号，并且经过加工转换成电子系统识别的电信号，电子系统接受信号之 后，完成该信号的指令。MEMS把感受到的外部信号进行处理，做出相应的判断 和操作。MEMS技术的应用，开拓了更为广阔的领域，许多产业通过它，降低了 成本，并且完成了以前的大尺寸机电系统不能完成的工作，例如在磁场中像蜻蜓 大小的飞机等。
3 航空电子系统的发展趋势 3.1 新微电子对于航空电子的促进作用 现代武器系统得益于微电子在航空领域的应用，无论在作战能力还是 威力上都得到了前所未有的增强。微电子技术不断发展，其体积越来越小、可靠 性越来越强，可以实现对整个机的功能提升和小型化。在现代的战斗机中，我们 主要应用在雷达、通信、武器等设备中。因为应用了微电子技术，无论功能和性 能稳定性的得到提高，这点在雷达的技术应用中格外显著。
3.2 微电子技术在航空微处理器中的发展 在显控处理机和任务处理机中，航空微处理芯片是不可或缺的，随着 航空微处理芯片处理能力的提高，任务计算机对数据的处理分析能力也不断的提 高。主要表现在两方面。其一是使任务计算机可以完成所有武器机器攻击的火控解算(依据雷达、计算机所接收到的信息，通过火控计算，讲分析结果传递至显 示器上，供飞行员瞄准、发射)，其二是增强任务计算机为系统其他非数据准线 接口设备提供总线接口的能力。随着日后科学技术的发展，对航空微处理器能力 的改造加强，核心处理系统技术的建设，任务计算机模块会逐步取代显控处理机 模块的位置。从而航空电子系统整体的智能化水平将会随之提升，其数据融合、 人工智能算法起其他的一些网络控制算法都会随之加强。
3.3 微电子技术的应用推动航空电子综合化、模块化 SOC概念的应用使得微电子技术由原先的电子集成变为了系统集成。
从整体与联系方面来看，对系统的组成、功能、结构方面考虑研究，推动航空电 子综合化的进程，包括航空电子综合系统中的子系统、设备、技术等方面。从系 统的方面来说，应始终致力于对整体同环境之间、整体同部分之间的关系进行协 调，综合地对所应进行研究的对象进行考察，在部分同整体的相互结合、相互依 赖以及相互制约的关系之中对系统运动的规律与特性进行揭示，并对其的功能、 组成、联系的方式以及结构等方面进行有话，以达到实现航空电子系统综合的最 优化的目标。
4 总结 微电子技术的发展必然能够带动航空电子设备的不断创新，对性能与 功能都将会有着很大的进步。随着技术的不断发展，战争方式也出现了较大的改 变，微电子技术在当前的战争技术领域中将会发挥出起不可替代的时代性作用， 航空电子设备经历了分立式和组合式，不断的深化和提高。可以想象，在未来随 着微电子技术的不断发展，必然促进航空电子系统更加完备，不断地朝着模块化、 综合化以及智能化的目标不断地发展。
