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試論電子技術(shù)理論的應(yīng)用問題
【論文關(guān)鍵詞】技術(shù)；理論與應(yīng)用；近似計(jì)算；靜態(tài)分析
【論文摘要】本文首先探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題，其次分析了納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)，最后電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
一、近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用
在電子技術(shù)中應(yīng)運(yùn)中，近似計(jì)算貫穿其始終。然而，沒有近似計(jì)算是不可想象的。而精確計(jì)算在電子技術(shù)中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計(jì)算會(huì)引入一定的誤差，但這個(gè)誤差控制得好，不會(huì)對(duì)分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆�，特別是如何應(yīng)用近似計(jì)算。
在工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進(jìn)行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。
二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級(jí)，因此，其機(jī)理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決，如電子在勢(shì)阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機(jī)理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
�。�1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋印⒐饪痰燃夹g(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢(shì)能的半導(dǎo)體制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢(shì)阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。
�。�2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個(gè)平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，Purdue University等研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)方向上取得了可喜的進(jìn)展，但該技術(shù)何時(shí)能夠走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應(yīng)存儲(chǔ)器
超高密度存儲(chǔ)量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動(dòng)部件的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供海量存儲(chǔ)手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲(chǔ)的量子效應(yīng)存儲(chǔ)器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計(jì)算機(jī)的“互連問題”
一臺(tái)由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計(jì)算機(jī)注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計(jì)算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計(jì)算機(jī)要把海量信息存儲(chǔ)在一個(gè)很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的諸多元件，而納米計(jì)算元件之間、計(jì)算元件與外部之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳算機(jī)設(shè)計(jì)的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計(jì)算機(jī)導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
�。�5）納米 / 分子電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)、性能分析模擬環(huán)境
當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計(jì)算、計(jì)算機(jī)并行技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個(gè)能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗(yàn)已成為可能。但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術(shù)手冊(cè)
交互式技術(shù)手冊(cè)經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段，根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的定義：加注索引的掃描頁(yè)圖、滾動(dòng)文檔式電子技術(shù)手冊(cè)、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊(cè)、基于數(shù)據(jù)庫(kù)的電子技術(shù)手冊(cè)和集成電子技術(shù)手冊(cè)。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊(cè)并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊(cè)基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊(cè)雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點(diǎn)，較低級(jí)別的電子技術(shù)手冊(cè)目前仍然有著各自的應(yīng)用價(jià)值。由于類以上的電子技術(shù)手冊(cè)在信息的組織、、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
簡(jiǎn)單的說，電子技術(shù)手冊(cè)就是技術(shù)手冊(cè)的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個(gè)良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊(cè)的發(fā)展就是圍繞這一過程來進(jìn)行的。
四、電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用
時(shí)間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個(gè)參數(shù)，可由時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個(gè)基準(zhǔn)。
1952 年國(guó)際天文協(xié)會(huì)定義的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的，分別稱為世界時(shí)（UT）和歷書時(shí)（ET）。這種基于天文方面的宏觀計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備龐大，操作麻煩，精度僅達(dá)10- 9 。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù)，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標(biāo)準(zhǔn)——量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種頻率標(biāo)準(zhǔn)是利用原子能級(jí)躍遷時(shí)所輻射的電磁波頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國(guó)相繼作成各種量子頻率標(biāo)準(zhǔn)，如（133 Cs）頻標(biāo)、銣原子頻標(biāo)、氫原子作成的氫脈澤頻標(biāo)、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標(biāo)等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運(yùn)動(dòng)的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間基準(zhǔn)。這一方面使設(shè)備大為簡(jiǎn)化，體積、重量大減��；另一方面使頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度大為提高（可達(dá)10- 12 —10- 14量級(jí)，即30 萬年——300 萬年差1 秒）。1967 年第13 屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133 Cs 原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)躍遷的9192631770 個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”。該時(shí)間基準(zhǔn)，發(fā)展了高精度的測(cè)頻技術(shù)，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達(dá)、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長(zhǎng)度計(jì)量提供了新的測(cè)試手段。
總之，在探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)后，廣大科技工作者對(duì)電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用知識(shí)的初步了解和認(rèn)識(shí)。在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進(jìn)入我們生活之中的同時(shí)，國(guó)家建設(shè)和和諧的構(gòu)建離不開我們科技工作者對(duì)新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是不足為虛的。
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