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微电子技术在医学中的应用管思旭 096314 自动化摘要: 微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。微电子技术的发展大大方便了人们的生活。它主要应用于生活中的各类电子产品，微电子技术的发展对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。一、微电子技术1.定义微电子技术，顾名思义就是微型的电子电路。它是随着集成电路,尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓) 上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。它的特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。它包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,是微电子学中的各项工艺技术的总和。2.发展历史微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的新兴技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。它的发展史其实就是集成电路的发展史。1904 年,英国科学家弗莱明发明了第一个电子管二极管，不就美国科学家发明了三极管。电子管的发明,使得电子技术高速发展起来。它被广泛应用于各个领域。1947 年贝尔实验室制成了世界上第一个晶体管。体积微小的晶体管使集成电路的出现有了可能。之后,美国得克萨斯仪器公司的基比尔按其思路,于1958 年制成了第一个集成电路的模型,1959 年德州仪器公司宣布发明集成电路。至此集成电路便诞生了。集成电路发明后,其发展非常迅速,其制作工艺不断进步,规模不断扩大。至今集成电路的集成度已提高了500 万倍,特征尺寸缩小200 倍,单个器件成本下降100 万倍。3.微电子技术的应用微电子技术广泛应用于民用、军方、航空等多个方面。现在人类生产的电子产品几乎都应用到了微电子技术。可以这么说微电子技术改变了我们的生活方式。 微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，使电子产品面貌一新；微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而落户于各式各样的普及型产品之中，进人普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统。汽车安全防盗系统、出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器。现代的广播电视系统更是使微电子技术大有用武之地的领域，集成电路代替了彩色电视机中大部分分立元件组成的功能电路，使电视机电路简捷清楚，维修方便，价格低廉。由于采用微电子技术的数字调谐技术，使电视机可以对多达100个频道任选，而且大大提高了声音、图像的保真度。 总之，微电子技术已经渗透到诸如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程在源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。4.发展趋势微电子未来相当长一段时间仍将是以集成电路特征尺寸等比例缩小为主要发展方向。它主要包括新结构、新工艺、新材料的器件设计与制备技术以及光刻技术、互连技术将迅速发展。基于特征尺寸继续等比例缩小，系统芯片将取代目前的集成电路最终成为主流产品，它的发展时间可能会更长，系统芯片将逐渐取代微处理器，SOC必将成为今后微电子技术发展新宠之一。此外，纳电子学也将得到突破性进展，量子器件、分子电子器件等的相关研究日益活跃，期望最终达到可集成的目标。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。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点，作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微机电系统）技术或称微系统技术和生物芯片等。这也是微电子技术发展的另一个方向。二、微电子技术在医学中的应用微电子技术与生物医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对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。采用微电子技术用于医疗检测与生物信号研究的器件具有更好的性能、更低的成本和更高的可靠性,但系统材料的兼容性、散热、系统供电和设备的稳定性等问题也给设计者们带来全新挑战。1. 微机电系统在医学中的应用微机械应用于医疗领域是微机械的主要目标之一，有着极其诱人的前景。目前，微机械在医学中的应用日渐广泛，例如微小血管检测器，用于心脏衰弱者的心脏起搏器，微小人工血管，用于外科手术中可实现各种微细操作的微型可控镊子等等。在未来的几十年中，利用为机械临床医学必将从传统医疗手术到显微手术进而向遥控手术方向发展，同时通过基因改造使人体自身提高抗病能力，医学中进入人体小器官中的微电子机械系统将发展成为传感器、执行器、驱动器和智能系统有机结合的多功能智能操作系统，并依靠环境生物化学能来解决本身能量源问题。因而微机械将在不断提高医疗技术、减少医疗事故、延长人类寿命发挥越来越重要的作用。 2.生物芯片技术微电子与生物技术紧密结合是以DNA芯片等为代表的生物工程芯片，它将是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，并与微电子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。生物芯片虽然只有10多年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。其中根据用途分类主要有生物电子芯片和生物分析芯片；按照作用方式分类主要有主动式芯片和被动式芯片；按照固定在载体上的物质成分分类主要有基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片和其他的微型化芯片。对于我国生物芯片工业来讲。关键问题有3个： 制作技术不成熟，我国发展生物芯片的难点是如何实现各种相关技术的整合集成。 基因、蛋白质等前沿研究：制作生物芯片首先要解决的是DNA探针、基因以及蛋白质的尽可能全面和快速地收集问题。 专利和产权：以生物芯片技术为核心的各相关产业正在全球崛起，一个不容忽视的问题就是专利和产权的问题。我们应该采取措施，为生物芯片在中国的产业化奠定良好基础。目前，生物芯片最大用途在于疾病检测、基因表达水平的检测、基因诊断、药物筛选、个体化医疗测序以及生物信息学研究。生物芯片将极大的改变我们的医疗模式，提高我们疾病的监测和治愈水平，更好地保障人类的将康。三、 小结微电子技术虽然诞