微电子技术论文范文

引言：寻求写作上的突破？我们特意为您精选了12篇微电子技术论文范文，希望这些范文能够成为您写作时的参考，帮助您的文章更加丰富和深入。

篇1

1引言

综观人类社会发展的文明史，一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，与材料和能源一起是人类社会的重要资源，但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用，更好地满足了人们对信息的需求；而网络化则使人们更为方便地交换信息，使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同，它具有极强的渗透性和基础性，它可以渗透和改造各种产业和行业，改变着人类的生产和生活方式，改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。

50多年来微电子技术的发展历史，实际上就是不断创新的过程，这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验，而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时，每一项重大发明又都开拓出一个新的领域，带来了新的巨大市场，对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始，与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文，所以有人认为，1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代（siliconage）〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新，没有创新，社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”，但经过这种破坏后，又将开始一个新的处于更高层次的创新循环，社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。

在微电子技术发展的前50年，创新起到了决定性的作用，而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为：目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期，21世纪上半叶，也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面：以硅基CMOS电路为主流工艺；系统芯片（SystemOnAChip，SOC）为发展重点；量子电子器件和以分子（原子）自组装技术为基础的纳米电子学；与其他学科的结合诞生新的技术增长点，如MEMS，DNAChip等。

221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺

微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比，因此便要求提高芯片的集成度，这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例，沟道长度缩小可以提高集成电路的速度；同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成更多数目的晶体管，将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上；此外，随着集成度的提高，系统的速度和可靠性也大大提高，价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟，这样在器件尺寸缩小后，即使器件本身的性能没有提高，整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成电路发明以来，为了提高电子系统的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE．Moore1965年预言的摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小倍。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测，微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期，这是其它任何产业都无法与之比拟的。

现在，0．18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术，0．035微米乃至0．020微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1微米技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0～1．0nm。预计到2010年，特征尺寸为0．05～0．07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。

21世纪，起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展；但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律，一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间，硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外，全世界数以万亿美元计的设备和技术投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力；同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用，人们不会轻易放弃。

目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0．030～0．015微米的“极限”之后，将是硅技术时代的结束，这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外，还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展，这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术，很多著名的微电子学家也预测，微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域，它仍将保持快速发展趋势，就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。

随着器件的特征尺寸越来越小，不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题，究其原因，主要是：对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上，这些理论适合于描述微米量级的微电子器件，但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用；在材料体系上，SiO2栅介质材料、多晶硅／硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约，已无法满足亚50纳米器件及电路的需求；同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求，必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括：基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件，新型器件结构，高k栅介质材料和新型栅结构，电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀，SOI、GeSi／Si等与硅基工艺兼容的新型电路，低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。

3量子电子器件（QED）和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域

在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术，可称之为“scalingdown”，与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面：

(1)量子电子器件（QED—QuantumElectronDevice）这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动，由于系统能量的改变和库仑作用，一个电子进入到一个势阱，则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高；由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低；由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间，所以速度很快；且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难，特别是制造大量的一致性器件很困难；对环境高度敏感，可靠性难以保证；在室温工作时要求电容极小（αF），要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。

因此，目前可以认为它们的理论是清楚的，工艺有待于探索和突破。

(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。

量子点阵列由量子点组成，至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快，功耗低，集成密度高。但难以制造，且对值置变化和大小改变都极为灵敏，0．05nm的变化可以造成单元工作失效。

以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强，可支持高密度电流，而热导性能类似于金刚石，能在高集成度时大大减小热耗散，性质类金属和半导体，特别是它有三种可能的杂交态，而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管（CNT）成为当前科研热点，从1991年发现以来，现在已有大量成果涌现，北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0．33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件，更难以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。

QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做，有待突破，离开实际应用还需较长时日！但这终究是一个诱人探索的领域，我们期待它们将创出一个新的天地。

4系统芯片（SystemOnAChip）是21世纪微电子技术发展的重点

在集成电路（IC）发展初期，电路设计都从器件的物理版图设计入手，后来出现了集成电路单元库（Cell－Lib），使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计，极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品，它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板（PCB）等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时，由于IC设计与工艺技术水平提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108－109个晶体管，而且随着微电子制造技术的发展，21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代（即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒传输数据位数）。

正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片（SystemOnAChip，简称SOC）概念。

系统芯片（SOC）与集成电路（IC）的设计思想是不同的，它是微电子设计领域的一场革命，它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似，它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。

SOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能，它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下（Top－Down）的。很多研究表明，与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0．35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0．18～0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能；还有，与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l～2个数量级。

对于系统芯片（SOC）的发展，主要有三个关键的支持技术。

（1）软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论（FunctionalPartitionTheory），这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。

（2）IP模块库问题。IP模块有三种,即软核，主要是功能描述；固核，主要为结构设计；和硬核，基于工艺的物理设计、与工艺相关，并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础，在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线（Fabless)公司的基础上，90年代后期又出现了一些无芯片（Chipless）的公司,专门销售IP模块。

（3）模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术（gluelogictechnologies）和IP模块综合分析及其实现技术等。

微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

在新一代系统芯片领域，需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革，例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中，由于射频、存储器件的加入，其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构，因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外，为了实现胶联逻辑（GlueLogic）新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。

5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点

微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点，这方面的典型例子便是MEMS（微机电系统）技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号，把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号，发出指令并完成该指令。从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。

MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（ABS）、稳定控制和玩具；微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护；信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用；同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

MEMS技术及其产品的增长速度非常之高，目前正处在技术发展时期，再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年，全世界MEMS的市场达到120到140亿美元，而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。

目前，MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期，其电路在今天看来是很简单的，应用也非常有限，以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资，促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度，对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动，形成了今天的双赢局面，带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强，单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步，最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业，从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。

当前MEMS系统能否取得更更大突破，取决于两方面的因素：第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展，使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统；第二是找准应用突破口，扬长避短，以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破，从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有：MEMS建模与设计方法学研究；三维微结构构造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力学和热学研究；MEMS的表征与计量方法学；纳结构与集成技术等。

微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础，利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程技术相结合进行加工生产，它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点，正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况，这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段，该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA（脱氧核糖核酸）是生物学中最重要的一种物质，它包含有大量的生物遗传信息，DNA芯片的作用非常巨大，其应用领域也非常广泛：它不仅可以用于基因学研究、生物医学等，而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统，这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面，那时，生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。

目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术，在固体芯片表面构建的微分析单元和系统，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。

6结语

在微电子学发展历程的前50年中，创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的课题，客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。

回顾20世纪后50年，展望21世纪前50年，即百年的微电子科学技术发展历程，使我们深切地感受到，世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇，也是一个严峻的挑战，如果我们能够抓住这个机遇，立足创新，去勇敢地迎接这个挑战，则有可能使我国微电子技术实现腾飞，在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权，促进我国微电子产业的发展，为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础，以重铸中华民族的辉煌！

参考文献

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

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

[3]张兴、郝一龙、李志宏、王阳元。跨世纪的新技术－微电子机械系统。电子科技导报，1999，4：2

篇2

（一）有信道的故障区段定位模式

有信道的故障区段定位模式是指在故障发生后，依靠各分段开关处具有通信功能的柱上开关控制器FTU（FeederTerminalUnit，馈线终端单元）之间或FTU同配电主/子站之间通过通信设备交换故障信息，判断故障区段位置。这种模式包括基于主/子站监控的集中（远方）判断方式和基于馈线差动保护原理的分散（就地）判断模式。基于主/子站的集中判断方式是以配电自动化监控主站/子站为核心，依靠通信实现整个监控区域内的数据采集与控制。基于馈线差动保护原理的分散判断方式是当故障发生时，各保护开关上的FTU利用高速通信网络同相邻开关上的FTU交换是否过流的信息，从而实现故障的自动判断与隔离。

（二）无信道的故障区段定位模式

无信道的故障区段定位模式是通过线路始端的重合器同线路上的分段开关的配合，就地自主完成故障定位和隔离功能，它包括重合器同过流脉冲计数型分段开关配合、重合器同电压时间型分段开关配合以及重合器间配合等实现方式。重合器同过流脉冲计数型分段开关配合的方式：过流脉冲计数型分段器不能开断短路电流，但能够在一定时间内记忆重合器备开断故障电流动作次数。重合器同电压时间型分段开关配合的方式：故障时线路出口处的重合器跳闸，随后沿线分段器因失压分闸，经延时后重合器第一次重合，沿线分段器依次顺序自动加压合闸，当合闸到故障点所在区段时，引起重合器和分段器第二轮跳闸，并将与故障区段相连的分段器闭锁在分闸位置，再经延时后重合器及其余分段器第二次重合就可以恢复健全区段供电的目的。重合器配合的方式：重合器方式延续了配电网电流保护的原理，自线路末端至线路始端逐级增加启动电流和延时的整定值，实现逐级保护的功能。

（三）有信道集中控制与无信道就地控制相结合的混合模式

有信道集中控制与无信道就地控制相结合的混合模式是结合前面两种模式的特点，对于以环网为主的城市配电网，当系统通信正常时，以集中判断方式为主，当通信异常时，可以在配电终端就地控制；对于农电县级配电网，一次网络既有环网供电，更多的是辐射型供电方式，因此放射形网络的故障定位选用无信道的就地判断方式，环路网络采用集中判断方式。

二、目前配电自动化中故障区段定位手段的特征比较

基于有信道故障区段定位模式的配电自动化系统由于采用先进的计算机技术和通信技术，正常情况下可以实时监控馈线运行情况，实现遥信、遥测、遥控功能及平衡负荷；故障情况下可以综合全局信息，快速完成故障的志别、隔离、负荷转移和网络重构，避免了出线开关多次重合对系统的影响，适用于配电网络结构复杂、负荷密集地区的配电管理系统。但它的缺点是故障的判断和隔离完全依赖通信手段，对通信速率和可靠性要求高，需投入资金较多；通信设备或主站任何一个环节出现问题都有可能导致故障紧急处理的全面瘫痪。

无信道的故障区段定位模式将故障处理下放到设备层自动完成，根本上消除了通信设备可靠性环节对定位功能的影响，具有原理简单，功能独立，封装性好的特点，并且投资比有信道的方式少。重合器同分段开关配合方式的缺陷在于判断故障所需的重合闸次数较多，故障产生的位置距离电源越远，重合闸次数和故障判断时间很长，难以达到馈线保护功能对故障处理快速性的要求；重合器配合的方式通过各开关动作参数整定配合判断并切除故障，无需出线重合器的多次重合闸，但由于配电网存在线路短，故障电流差别不大的特点，容易引起故障时的越级跳闸；并且越靠近出线侧的重合器故障后延时分闸时间很长，不符合故障处理快速性的要求。

有信道和无信道混合模式结合了两者的优点，可以根据地区配电网的时间情况进行有效组合；但它的缺点是存在着控制实现困难、结构复杂的问题，并且不经济。配电自动化系统中，无信道的故障区段定位模式由于减少了通信环节，在故障处理的可靠性和经济性方面都要优于有信道的模式；但故障区段定位过程需要多次投切开关的缺点限制了它进一步提高供电可靠性的能力。

三、基于暂态保护的配电网故障区段定位方法研究进展

目前配电自动化系统所采用的故障区段定位方法延续了电力系统继电保护中电流保护的核心理念，其构成原理建立在检测故障前后工频或接近工频的稳态电压、电流、功率方向、阻抗等电气量的基础上，此领域的研究工作也是围绕着如何提高这种原理的性能展开的。实际上，由于输电线路具有分布参数的特性，当电网发生短路故障时，线路在故障的初始时刻一般都伴随着大量的暂态信号，故障后的初始电弧以及在电弧最终熄灭前的反复短暂熄灭和重燃会在线路上产生较宽频带的高频暂态信号；行波由色散产生的频率较集中的高频信号发生偏移和频率分散，会产生频带较宽的高频信号。这些在故障过程中产生的暂态高频电流电压信号含有比工频信号更丰富的故障信息，如故障发生的时刻、地点、方向、类型、程度等。但由于故障暂态信号具有频带宽，信号幅度较工频微弱，且持续时间短的特点，受信号提取和分析手段的限制，在传统的保护方法里被当做高频噪声滤除掉。但是，随着信号提取及分析技术的快速发展，基于暂态保护原理的故障处理技术越来越受到人们的重视。

参考文献：

[1]孙德胜，郭志忠，王刚军.配电自动化系统综述[J].继电器，1999，27（3）.

[2]陈勇，海涛，叶正明.构筑配电自动化系统的三种基本模式[J].电网技术，2002，26（2）.

[3]林功平.配电网馈线自动化解决方案的技术策略[J].电力系统自动化，2001，25（4）.

[4]孙福杰，王刚军，李江林.配电网馈线自动化故障处理模式的比较及优化[J].继电器，2001，29（8）.

[5]吴敏，朱锡贵，徐为纲.无信道馈线故障处理技术[J].电力系统自动化，2000，25（6）.

[6]陈勇，海涛.电压型馈线自动化系统[J].电网技术，2000，23（7）.

[7]焦邵华，焦燕莉，程利军.馈线自动化的最优控制模式[J].电力系统自动化，2002，26（21）.

[8]哈恒旭，张保会，吕志来.边界保护的理论基础（第一部分）：故障暂态分析[J].继电器，2002，30（9）.

[9]刀哈恒旭，张保会，吕志来.边界保护的理论基础（第二部分）：线路边界的折反射系数的频谱[J].继电器，2002，30（10）.

篇3

主管单位：工业和信息化部

主办单位：南京电子器件研究所(中电科技集团公司第55所)

出版周期：双月刊

出版地址：江苏省南京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1000-3819

国内刊号：32-1110/TN

邮发代号：

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1981

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉：

中科双效期刊

篇4

1引言

综观人类社会发展的文明史，一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，与材料和能源一起是人类社会的重要资源，但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用，更好地满足了人们对信息的需求；而网络化则使人们更为方便地交换信息，使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同，它具有极强的渗透性和基础性，它可以渗透和改造各种产业和行业，改变着人类的生产和生活方式，改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。

50多年来微电子技术的发展历史，实际上就是不断创新的过程，这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验，而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时，每一项重大发明又都开拓出一个新的领域，带来了新的巨大市场，对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始，与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文，所以有人认为，1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代（siliconage）〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新，没有创新，社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”，但经过这种破坏后，又将开始一个新的处于更高层次的创新循环，社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。

在微电子技术发展的前50年，创新起到了决定性的作用，而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为：目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期，21世纪上半叶，也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面：以硅基CMOS电路为主流工艺；系统芯片（SystemOnAChip，SOC）为发展重点；量子电子器件和以分子（原子）自组装技术为基础的纳米电子学；与其他学科的结合诞生新的技术增长点，如MEMS，DNAChip等。

221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺

微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比，因此便要求提高芯片的集成度，这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例，沟道长度缩小可以提高集成电路的速度；同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成更多数目的晶体管，将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上；此外，随着集成度的提高，系统的速度和可靠性也大大提高，价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟，这样在器件尺寸缩小后，即使器件本身的性能没有提高，整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成电路发明以来，为了提高电子系统的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE．Moore1965年预言的摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小倍。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测，微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期，这是其它任何产业都无法与之比拟的。

现在，0．18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术，0．035微米乃至0．020微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1微米技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0～1．0nm。预计到2010年，特征尺寸为0．05～0．07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。

21世纪，起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展；但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律，一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间，硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外，全世界数以万亿美元计的设备和技术投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力；同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用，人们不会轻易放弃。

目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0．030～0．015微米的“极限”之后，将是硅技术时代的结束，这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外，还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展，这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术，很多著名的微电子学家也预测，微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域，它仍将保持快速发展趋势，就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。

随着器件的特征尺寸越来越小，不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题，究其原因，主要是：对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上，这些理论适合于描述微米量级的微电子器件，但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用；在材料体系上，SiO2栅介质材料、多晶硅／硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约，已无法满足亚50纳米器件及电路的需求；同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求，必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括：基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件，新型器件结构，高k栅介质材料和新型栅结构，电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀，SOI、GeSi／Si等与硅基工艺兼容的新型电路，低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。

3量子电子器件（QED）和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域

在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术，可称之为“scalingdown”，与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面：

(1)量子电子器件（QED—QuantumElectronDevice）这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动，由于系统能量的改变和库仑作用，一个电子进入到一个势阱，则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高；由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低；由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间，所以速度很快；且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难，特别是制造大量的一致性器件很困难；对环境高度敏感，可靠性难以保证；在室温工作时要求电容极小（αF），要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。

因此，目前可以认为它们的理论是清楚的，工艺有待于探索和突破。

(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。

量子点阵列由量子点组成，至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快，功耗低，集成密度高。但难以制造，且对值置变化和大小改变都极为灵敏，0．05nm的变化可以造成单元工作失效。

以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强，可支持高密度电流，而热导性能类似于金刚石，能在高集成度时大大减小热耗散，性质类金属和半导体，特别是它有三种可能的杂交态，而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管（CNT）成为当前科研热点，从1991年发现以来，现在已有大量成果涌现，北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0．33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件，更难以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。

QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做，有待突破，离开实际应用还需较长时日！但这终究是一个诱人探索的领域，我们期待它们将创出一个新的天地。

4系统芯片（SystemOnAChip）是21世纪微电子技术发展的重点

在集成电路（IC）发展初期，电路设计都从器件的物理版图设计入手，后来出现了集成电路单元库（Cell－Lib），使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计，极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品，它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板（PCB）等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时，由于IC设计与工艺技术水平提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108－109个晶体管，而且随着微电子制造技术的发展，21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代（即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒传输数据位数）。

正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片（SystemOnAChip，简称SOC）概念。

系统芯片（SOC）与集成电路（IC）的设计思想是不同的，它是微电子设计领域的一场革命，它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似，它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。

SOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能，它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下（Top－Down）的。很多研究表明，与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0．35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0．18～0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能；还有，与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l～2个数量级。

对于系统芯片（SOC）的发展，主要有三个关键的支持技术。

（1）软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论（FunctionalPartitionTheory），这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。

（2）IP模块库问题。IP模块有三种,即软核，主要是功能描述；固核，主要为结构设计；和硬核，基于工艺的物理设计、与工艺相关，并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础，在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线（Fabless)公司的基础上，90年代后期又出现了一些无芯片（Chipless）的公司,专门销售IP模块。

（3）模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术（gluelogictechnologies）和IP模块综合分析及其实现技术等。

微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

在新一代系统芯片领域，需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革，例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中，由于射频、存储器件的加入，其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构，因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外，为了实现胶联逻辑（GlueLogic）新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。

5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点

微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点，这方面的典型例子便是MEMS（微机电系统）技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号，把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号，发出指令并完成该指令。从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。

MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（ABS）、稳定控制和玩具；微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护；信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用；同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

MEMS技术及其产品的增长速度非常之高，目前正处在技术发展时期，再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年，全世界MEMS的市场达到120到140亿美元，而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。

目前，MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期，其电路在今天看来是很简单的，应用也非常有限，以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资，促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度，对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动，形成了今天的双赢局面，带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强，单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步，最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业，从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。

当前MEMS系统能否取得更更大突破，取决于两方面的因素：第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展，使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统；第二是找准应用突破口，扬长避短，以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破，从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有：MEMS建模与设计方法学研究；三维微结构构造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力学和热学研究；MEMS的表征与计量方法学；纳结构与集成技术等。

微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础，利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程技术相结合进行加工生产，它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点，正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况，这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段，该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA（脱氧核糖核酸）是生物学中最重要的一种物质，它包含有大量的生物遗传信息，DNA芯片的作用非常巨大，其应用领域也非常广泛：它不仅可以用于基因学研究、生物医学等，而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统，这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面，那时，生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。

目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术，在固体芯片表面构建的微分析单元和系统，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。

6结语

在微电子学发展历程的前50年中，创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的课题，客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。

回顾20世纪后50年，展望21世纪前50年，即百年的微电子科学技术发展历程，使我们深切地感受到，世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇，也是一个严峻的挑战，如果我们能够抓住这个机遇，立足创新，去勇敢地迎接这个挑战，则有可能使我国微电子技术实现腾飞，在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权，促进我国微电子产业的发展，为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础，以重铸中华民族的辉煌！

参考文献

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

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

[3]张兴、郝一龙、李志宏、王阳元。跨世纪的新技术－微电子机械系统。电子科技导报，1999，4：2

篇5

三、来稿请写清作者或联系人姓名、电话、E－mail、工作单位、通讯地址及邮政编码，自投稿之日起，两个月内未接到通知者可自行处理稿件。

四、编辑部对稿件有修改权，不愿改动者，请来稿时说明。

五、本刊已入编《中国学术期刊（光盘版）》及有关数据库，不愿录入各数据库者，请在来稿中注明。

六、稿件一经发表，赠送刊物两册。

篇6

摘要随着电子技术的发展，相敏轨道电路接收信号处理装置已逐步实現电子化，以电子接收器代替以前的机械式二元二位继电器，彻底解决了原继电器接点卡阻、抗电气化干扰能力不强、返还系数低等问题。目前广泛使用的微电子接收器都是使用单片机来处理信息，对输入信号采用升压方式进行采样处理，虽提高了信号强度，但是不利于防止输入高压损坏接收器；且每个接收器仅采用单一信号处理通道进行信号分析处理，并由其输出信号驱动轨道继电器动作，接收器的安全性、可靠性和抗干扰能力有待提高；另外，现有接收器故障后相关电气参数不能实时监测；前述不足以影响到轨道电路的整体可靠性和可用性。因此，本文提出了一种基于DSP的新型微电子接收器，以提高微电子接收器的可用性、可靠性及安全性。

关键词电子技术；25Hz轨道电路；接收器

1系统原理

1.1接收器冗余结构

图1新型微电子接收器（0.5+0.5方案）的冗余结构图

接收器的冗余结构图，每台接收器同时进行两个轨道区段（区段A和区段B）的轨道电路信号和局部电源信号的处理，相邻两个轨道区段可共用两台接收器，这两台接收器中的任一正常工作，均可正常处理这两个轨道区段信号，并驱动这两个轨道区段的后级轨道继电器动作。如图1所示，相对于目前的接收器冗余方案，新型微电子接收器的冗余方案可使每个轨道区段节省一个接收器，从而降低建设成本。在接收器冗余结构图中，当接收器1和接收器2中的某一个发生故障时，若另一个接收器能够正常工作即可确保轨道区段信号的正常处理；同时可以通过接收器的自检功能发出报警，提醒维护人员及时更换故障接收器，从而提高轨道电路的整体可用性。

1.2接收器二取二原理

接收器系统内部采用独立的双套硬件和双套软件，实现一路信号，两路处理，最终通过安全与门判决，输出判决结果。当无论是接收器哪一套硬件或软件出现问题，两路处理结果不一致时，系统输出判决都是导向安全的结果。且仅当两路信号处理的结果完全一致时，安全与门输出相同结果。

2系统构成

如图2所示，新型接收器核心处理部分采用双DSP芯片构成二取二安全结构。主从DSP同时处理轨道电路信号和局部电源信号，分别输出判决信号；将主从DSP的判决结果进行与运算，如果主从DSP的判决信号不一致，接收器输出信号将保持轨道继电器处在落下状态；只有当主从DSP的判决信号一致且满足轨道区段空闲条件时，接收器才会输出驱动轨道继电器吸起的信号，显示轨道区段处于空闲状态；主从DSP任一故障，接收器均不能输出驱动轨道继电器吸起的信号，从而提高接收器安全性。

新型接收器电路模块包括：局部输入隔离电路、轨道输入防雷电路、输入信号采集电路、数据处理电路（DSP芯片）、安全与门电路、输出控制电路、电源电路、通信电路和显示与告警电路。

输入隔离：采用电流互感器将轨道信号和局部信号与后级信号处理模块进行电磁隔离，隔离变压器采用降压方式，当输入的信号出现大的冲击或干扰时，通过变压器进行衰减，加载在后级信号处理电路上的信号将被衰减，对后级信号处理电路起到防护作用。

轨道输入防雷电路：采取大功率双向瞬态防雷管，实现对输入雷电和浪涌的防护。

输入采集电路：将输入交流信号的负半周信号抬高到零电平以上，满足后级单电源工作运放的输入要求，单电源工作可减小器件功耗。

数据处理电路：把输入的25Hz轨道和局部模拟信号通过芯片自带的A/D模数转换器转换为数字信号，对转换后的数字信号进行分析处理，测出轨道输入的25Hz信号幅值及轨道信号与局部信号的相位差，在主处理器采集从处理器的输出信号和后级输出控制电路的输出信号并经其判断接收器正常后，再由主处理器控制显示告警电路，并由主处理器将相关数据通过接收器的通讯电路送监测分机。

安全与门电路：比较主从DSP输出信号，经安全与门判决二者一致方能向后级输出控制电路送出有效信号。

输出控制电路：采用开关电源方式输出驱动轨道继电器的直流电压信号。

通信电路：采用总线方式，向集中监测分机传送25Hz相敏轨道电路接收器采集到的轨道交流电压值、相位角和接收器的工作状态等信息。

显示与告警电路：显示接收器自身工作状态及接收器所处理轨道区段的占用与空闲状态，显示接收器DC24V工作电源及局部电源的正常或故障状态。

3结束语

新型接收器将实现接收器工作状态和轨道电路电气参数的实时在线监测，提高运营维护效率，降低维护人员劳动强度，同时，根据新型25Hz相敏轨道电路接收器的功能和特点，可减少现有接收器和轨道架的数量，大量地减少室内配线，初步分析可节约建设成本约20%。

微电子毕业论文范文模板(二)：微电子控制机电设备在工业中的具体应用论文

摘要：在科学技术快速进步的背景下，工业自动化水平取得了比较明显的提升，在机械制造方面表现的更加明显，基于各种因素的影响，微电子技术得到了相对广泛的应用。基于此，本文详细分析了微电子控制机电设备在工业中的应用，希望能够为实际提供良好的借鉴意义，以供参考。

关键词：微电子；机电设备；工业；应用探讨

信息技术的发展以及先进电子设备的产生催生了机电一体化时代的到来，所谓的机电一体化技术是把电工电子技术、机械技术、信息技术、微电子技术、接口技术、传感器技术、信号变换技术等一系列技术结合，再综合应用于实际的综合技术，现代化自动生产设备可以说为机电一体化的设备。微型计算机在机电一体化系统的作用能够总结成如下三点：第一，直接控制机械工业生产过程；第二，机械工业生产期间加强各物理参数的自动测试，进行测试结果的显示记录，在计算、存储、分析判定并处理测量参数或指标；第三，进行机械生产过程的管理与监督。机电一体化系统里微电子控制机电设备怎样进行适宜计算机选择，怎样设计硬件系统，怎样组织软件开发，怎样对现有计算机系统等进行维护与使用是相当关键的，也是值得探索的

课题。

1微电子控制机电设备系统的组成和原理

在某微电子控制机电系统当中，主要是由PLC、管路压力变送器、变频器等多种设备组成的。在控制系统当中，管路压力变送器主要是检测控制辅助冲量、管路水压、蒸发量等三个变量，接着将数据信号向PLC当中传送，并且通过PLC进行分析和计算，将信号发送信号控制器，通过信号控制器来控制水泵运转，在设计系统的過程中需要与实际情况合理的进行结合，并且对变频器的输出频率进行确认，输出频率在整个系统设计过程中具有非常重要的意义，和系统的控制息息相关，在确定系统输出频率是需要综合性的分析和考虑用水量以及扬程参数等。在整个系统当中控制流程的用水量变化，主要是通过压力变送器向PLC传送的通过PLC进行分析和计算，可以有效的调节循环泵的频率，合理的分配能源，让工作的效率提高，起到节约资源的作用。

2微电子控制机电设备在工业中的具体应用

1）可编程序控制器（PLC）的应用。从PLC的角度进行分析，其主要优势在于具有很强的控制能力，而且稳定性较高，机身体积相对较小，可以有效的和其他的配件进行组合。在工业生产的过程中，因为机电设备往往会占据一定的面积，如果想让其厂房中的占比较高，就一定要注意让厂房的空余面积加大，尽量让控制器的数量减少，让机电设备的数量增多，与此同时还需要注意PLC的节能性较高相比，其他的控制系统可以节约资源，让工业生产的成本支出降低，让企业的经济效益增加，由于PLC设备可以有效的和其他设备之间进行组合，可以灵活方便的在厂房当中进行布设，让一机多用。可以实现让厂房的设备结构进一步得到简化，对设备维护中耗费的人力物力进行控制，减少人力输出，可以将人力有效的分配到工业生产当中，让生产资料的利用效率提高。PLC的另一大优势在于可以通过现场总线和生产设备之间

进行连接，有效的监控工业生产，可以动态化的监控生产的全过程，确保在生产过程中，第一时间解决生产时产生的故障，避免由于机械故障而导致生产进度停滞，让设备的维护开支得到控制，PLC的计算速度很快，可以轻松的对生产时的任何变动进行管理和控制，有效的防止由于设备变化控制器无法及时应对而产生的问题，PLC还可以进行相关的升级，伴随当前经济快速发展，就算生产线当中的产品产生了变动，只需要正确的调整，控制程序也可以符合新产品生产的具体需求。

相比于其他编程操作，PLC控制器在编程的过程中较为方便，员工通过短时间的训练就可以熟练的掌握编程的技巧，在实际操作的过程中工作步骤相对较为简单，可以很容易的掌握设备的维修安装以及操作，由于PLC自带程序编辑器只需要工作人员了解梯形语言，就可以对其进行熟练的掌握。对控制器的工作语言进行了解，当出现故障的时候可以及时的调整和处理控制器。

2）变频器调速器的作用。变频器工作状态分作自动与手动两类，手动工作状态即在PLC结束工作后展开的人工操作行为，经电位器调节能对变频器输出频率进行给定。自动工作状态实质是PLC输出信号为变频器输出频率展开控制。和传统调节阀控制方式相比，PLC控制可节电，更好进行水泵磨损控制，在延长设备寿命与实现系统自动化水平提升中发挥了重要作用。

第一，和传统正弦波控制技术相比，因变频器用到了电压空间矢量控制技术，先进性和独特性在性能上得到充分凸显，同时因其特有的低速转矩大、运行稳定性强、谐波成分小等特征，这对我国电网而言输出电压自动调整功能能充分进行优势发挥。第二，变频器具备外部端子、键盘电位器与多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可输入多种模拟信号（如电流、电压、频率等效范围检测，转速追踪等）；并且变频器可实现摆频运行与程序运行等一系列模式。第三，因变频器全系列元件应用的是西门子产品，有极强的保护性能，可靠稳定，能很好的避免过流、短路、过压等问题，确保本机能正常运行。并且变频器有良好的绝缘耐压性，产品质量好，设定简单等使得其有更强的适用性。

3）电路发挥的作用。在安装PLC和变频器的时候，保证电路的稳定是保障工作的必要。电路在安装过程中，应该采取边安装边测电的方式，这样更能使电流稳定，这同样属于工作期间需引起重视的关键环节。在电路安装完毕之后，不要急着通电，应该先再次检查电路是否安装正确，查看是否有少安装或者多安装的情况。另外，测量一下接触元器件的连接点，这样可以发现一些接触不良的地方，若有漏电情况应该及时对此进行维修。电路在工业中也是起到了很大的作用，在安装电路的时候，一定要小心谨慎，综合考虑多方面因素，不要遗漏一些小问题，有时一些小问题也可能出大错，保证电路的稳定才能更好地协调其他设备的安装稳定。应认真复查电路，查看电路有无正确安装，或存在设备多安装或少安装的现象，同时应认真检测每个接触元器件连接点，明确有无接触不良或短路现象，若发生漏电务必要及时维修与处理。电路调试的具体流程总结如下：

篇7

 

机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

1机电一体化技术的发展状况 1.1 数控机床的问世,为机电一体化技术的发展写下了历史的第一页; 1.2 微电子技术为机电一体化技术的发展带来了勃勃生机; 1.3 可编程序控制器、'电力电子'等的发展为机电一体化技术的发展提供了坚强基础; 1.4 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化技术的发展跃上新台阶.

2机电一体化技术发展方向

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 2.1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 2.2 智能化

即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。论文参考网。随着模糊控制、神经网络、灰色理论 、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2.3 模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 2.4 网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 2.5 人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受。

2.6 微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro ElectronicMechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

2.7 集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 2.8 带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。论文参考网。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 2.9 绿色化

绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

3 典型的机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。典型的机电一体化基础元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。论文参考网。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。

4 机电一体化的技术应用

在重工业企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。

4.1 智能化控制技术(IC)

由于重工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经 网络等，智能控制技术广泛应用于重工业企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、冷连轧等。 4.2 分布式控制系统(DCS)

分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能将越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 4.3 开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 4.4 计算机集成制造系统(CIMS)

重工业企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前重工业企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代重工业生产的要求。未来重工业企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。

4.5 现场总线技术(FBT)

现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器和现场就地控制站等的发展。 4.6 交流传动技术

传动技术在重工业中起着至关重要的作用。随着电力、电子、技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用，同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。

综上，我们不难发现机电一体化技术在现在的社会生产中占据了越来越多的行业和领域，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

【参考文献】

1李建勇. 机电一体化技术[M]．北京：科学技术出版社，2004．

2张华． 机电一体化技术应用[M]． 北京：电子工业出版社，2002．

3芮延年． 机电一体化系统设计[M]． 北京：机械工业出版社，2004．

4唐怀斌． 工业控制的进展与趋势 [J]．自动化与仪器仪表，1996（4）

篇8

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

篇9

从学术的角度来看，电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件（功率半导体）设备，转换器拓扑结构，控制和电力电子应用，实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储，以便实现合理和有效使用的各种形式的能源，高品质的人力的电力和磁场的能量。

1 电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：1）电力电子元器件及功率集成电路；2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

2 我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

3 电力传动系统的发展现状分析

目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1）输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭，成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化，为了实现频率，变压器，有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压，电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现，在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备，高开关频率将导致大的开关损失，以及高功率设备，如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下，在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。

2）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象，变频调速控制，电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态，不仅要控制每个变量的振幅，而控制的阶段，为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法，促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾，但也提出一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是与微处理器控制技术，现代控制理论在各种控制方法也得到了应用，如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑（滑模）变结构控制可以提高系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量，自适应控制能够全面提高系统的性能。此外，智能控制技术，如模糊控制，神经网络控制，也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。

3）广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 结论

虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展，但与发达国家相比仍然存在较大差距，许多关键技术有待突破，关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。

篇10

中图分类号：P335+.1文献标识码： A 文章编号：

一、自动化仪器仪表的简介

1. 自动化仪器仪表的定义

自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。

自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。

2. 自动化仪器仪表的分类

自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。

（1）按不同用途来分类

仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。

（2）按不同功能来分类

随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。

二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状

自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。

2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。

三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题

仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：

1、自主创新成果比例过少，应用技术不足

我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。

2、中低档产品居多，研发投入不足

我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。

四、我国自动化仪器仪表的发展趋势

近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。

1. 智能化

智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。

2. 高精度化

自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。

3. 网络化

在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。

总结

自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。

【参考文献】

[1]杜天旭.谢林柏仪器仪表的发展历程及趋势[期刊论文]-重庆文理学院学报（自然科学版） 2009(4)

[2]赵群.张翔.谢素珍.李辉自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[期刊论文]-现代制造技术与装备2008(4)

[3]唐公涛.尹升宝浅谈工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-科技创业家 2011(4)

篇11

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。

1机电一体化概述

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。

3机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：

3．1智能化

智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。3．2模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。

3．3网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3．4微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

3．5环保化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

3．6系统化

未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。

篇12

【中图分类号】F324.3【文章标识码】A【文章编号】1326-3587（2011）10-0073-02

一、多媒体技术及其实现特点

随着微电子技术和计算机技术的发展，多媒体技术业已成为一系列展示模式中最重要的组成部分。一般定义为：“多媒体是指运用计算机技术将声音、图形、图像、视频、动画和文字特殊效果等单一的媒体形式集为一体的表现形式，是全面的综合性的信息资源，它能用来达成信息传播中的任何媒体资源”。

1、多媒体的硬件实现。

硬件主要由成像方式、显像设备、声效设备三部分构成；软件部分有视频、图形图片、动画、文字等部分构成。常见显像方式大体包括：1、显示器显像。包括大型显示器和拼接屏、触摸屏、非平面软液晶屏等；2、投影显像。根据幕布材质的不同又可以分为普通幕和特殊幕，普通幕根据其形状有直幕、折幕、环幕、巨幕、球幕；特殊幕，如条幕、帘幕、雾幕、水幕等；3、LED屏幕显像。亦可以做成多种形状，如展品“LED数字星球”。即是LED做成球状的显像方式4、激光三维立体显像等等。

2、多媒体展项具有一些有别于实物展项的特点。

（1）实现方式灵活――根据需要，小到在手机上的一块液晶屏幕，大到屏幕投影均可以成为很好的展示环境。（2）表现力强大――涵盖了声音、图形、图像、视频、动画和文字特殊效果等，表现力极为丰富。（3）信息容量大――理论上说，只要硬件支持，多媒体的信息容量是可以无限扩展的。（4）结合力强――由于以上三点的特点，多媒体技术具有强大的表现力与感染力，可以和众多其他的展示方式结合。（5）成本低――多媒体展示实质上即是虚拟现实，这种实现方式除软硬件费用和电力外，没有其他物料消耗，且可反复使用，成本很低。

二、多媒体技术在科技馆中应用的几个观点

多媒体作为一种新的展示方式，同显像技术、计算机技术和微电子技术发展密切相关。已成为科技馆展示技术中不可或缺的重要组成部分。在多媒体技术在科技馆中的应用问题上，有如下观点：

1、多媒体展项不等于“高科技展项”。

多媒体展示方式在很长一段时间内，被看作是“高科技”；虽然多媒体的发展离不开高科技，但是不能将其直接作为“高科技”来看待，尤其是不宜将“多媒体”和“高科技”画上等号。多媒体展示手段，作为现代场馆的展示方式之一，是同实物展示方式同样重要的一种展现形式；实物方式同样可以是“高科技”，例如国际消费电子展上的实物展示、机器人展项；如果一个展项仅仅是运用了投影、大屏幕等方式，如果展示内容单调简单传统，也无法和“高科技”挂起钩来。

2、科技馆多媒体展项不能代替其他展项。

由于多媒体展项具有展示方式新奇、内容容量大，尤其是损坏率低维护简单等诸多优势和特点，在各种场馆的运用日渐增多。尤其在科技馆，由于多媒体展项对观众较强，加之维护费用极低，基于多媒体的展项在科技馆中日渐增多。上级部门对科技馆的考核多是只要求 “完好率”，没有将实物实现方式的展品如机械类、力学等展品和多媒体实现方式的展品区别对待。在这种前提下，有向多媒体实现方式倾斜的趋势。如在儿童科学乐园，由于少年儿童的认知特点，多媒体展项这种虚拟现实的实现方式，按按钮/非接触式的参与方式，不如亲自动手，触摸实物对其的记忆刺激印象深刻；即使应用多媒体实现方式，也要考虑与实物展项充分融合，要有较强的互动性和参与性；否则容易造成“玩起来热热闹闹，玩完了毫无印象”的尴尬局面。适当使用多媒体在这个展区一般作为辅助手段，展示、介绍一些实物难以表达的内容，可以起到更好的效果。

3、多媒体如何实现“互动”。

多媒体技术与其他技术在进行融合后亦可以实现“互动”，符合了“互动性”。现在的多媒体互动方式感应技术上，如多点触摸技术，基于激光、红外和射频（RFID）等的非接触式感应技术；软件部分主要是实时选择播放，其他还有全身立体感应、双轴镜、手触感应、剪影成像等多种方式。同时要区别“互动”和“动手”，两者不能简单划等号。比如展品“穿墙而过”观众只要走过即可听到玻璃的碎裂声，是互动，但不需要动手。而“动手”则是参与性活动，展品只有在参与者动手操作时才会运转、移动或变化，才真正体现此展品的表现内容。动手可以产生互动，但互动不一定要动手才能实现。

4、多媒体展示是手段不是目的。

在作为展示的实现方式时，多媒体此时仅作为一种实现手段，有助于我们更好的展示我们要展示的内容。例如：科技馆在选择展品时，除可以考虑显像上选择吸引观众的方式，如选择水幕、雾幕、帘幕等作为投影实现方式外，还不能忽视了展项本身的内容和互动性，只有将这两者充分结合，利用好显示方式，方可达到最佳的效果。如果仅仅认为有“多媒体”或者新奇的实现方式，以展示这种实现方式为主，忽视了本身展示内容，脱离了科技馆的特点，则不是一次成功的设计。

5、从世博会看多媒体展项的发展趋势。

综合看世博会展馆，多媒体是一种依托和手段，主要目的是为展示内容服务的。如国家馆“清明上河图”的展示方式很吸引人，但其展示目的不是为了展示这种“会动的形象”。此外，世博会各馆内形形的多媒体，各馆无不是在幕布或者说表现形式上煞费苦心，内容的重要程度要甚于幕布的表现形式。在浦西的专题馆体现的尤为突出。例如，“思科馆”只设计了三件展品：一个大屏幕电视机，一个真人视频通讯系统展示，一个普通120°环幕播放电影。非常吸引观众，只因思科馆的视频的确做得精彩――2030年基于新网络的生活太令人向往了。

三、结语

因此，多媒体必将成为科技馆展厅内一种常规展示手段，展示内容首先必须吸引人，但更关键问题是：一切形式，是要为内容服务的，科技馆尤其是如此；必须考虑展品的内容如何利用多媒体方式进行更充分或者详尽的展示，还要进行互动设计，以期达到比常规展示方式更佳的效果。多媒体技术在科技馆中广泛应用必将为科技馆展示展览的发展起到重要的作用，也将引领展览技术的变化和革新。

【参考文献】

1、朱幼文，创新展品的设计思路与制度性制约因素[J]科普研究 2011(2)73~74