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军用微电子技术
7军用微电子技术
微电子技术,是使电子元器件及由它组成的电子设备微型化的技术,其核心是集成电路技术。微电子技术是实现武器装备电子化、智能化、综合化的重要基础技术。微电子产品以其体积小、重量轻、稳定可靠、功耗小、成本低等优点广泛应用于卫星通信、高速计算机、精确制导、预警探测、情报侦察、电子对抗、智能火控等军事装备中。它对整个军事高技术进步和武器装备发展起着巨大的推动作用,其发展水平、速度和规模已成为衡量一个国家军事技术进步和武器装备水平的重要标志。
微电子技术中提到的电子设备,包括民用的收音机、录音机、电视机、录像机等,也包括军用的无线电台、雷达,以及军民共用的电子计算机等等;而电子元器件,则是指用来组装电子设备的电子管、晶体管、电阻、电容、电感线圈等。
(1)军用微电子技术的发展历程
开始的时候,电子元器件是各自独立的,叫做分立器件,相互之间用导线连接,构成各种电路,再组合成电子设备,使得电子设备体积、重量都很大。比如美国于1946年造出的世界第一台电子计算机,大约采用了1.8万多只电子管、7万只电阻、1万只电容,耗电量150千瓦,重达30吨,占地面积167平方米,相当于一个大会议室,是一个真正的庞然大物。但是它的运算速度,却只有每秒5000次,连今天放在手掌上的小计算器都不如。1948年以后,虽然用晶体管代替了电子管,使电子设备的体积有所减小,但仍然赶不上技术进步的要求。就在人们为电子设备进一步减肥苦思冥想而又走投无路的时候,年轻的美国工程师其尔比独辟蹊径,于1958年9月发明了集成电路,把原来需要用导线互连的分立器件,直接加工在一块用硅材料做成的基片上。集成电路的诞生,标志着微电子技术登上了现代科技的舞台。
随着集成电路运行速度和集成度的不断提高,砷化镓半导体材料正取代硅材料逐渐占据重要地位。砷化镓拥有一些较硅还要好的电子特性,使得砷化镓可以用在高于250 GHz的场合。如果等效的砷化镓和硅同时都操作在高频时,砷化镓会产生较少的噪音。也因为砷化镓有较高的崩溃压,所以砷化镓比同样的硅元件更适合操作在高功率的场合。此外,砷化镓与硅材料相比,在同样条件下,其载流子的迁移速度要快5~7倍。以砷化镓基片制成的集成电路与传统硅电路相比,其运行速度提高了1000倍,具有低功耗、抗辐射、耐高温以及寄生电容小等优点。在制造工艺方面,自1959年生产集成电路以来,集成度以每10年增大250倍的速度在发展,20世纪90年代末已达到在350平方毫米的晶片上集成5亿个元器件的水平。到2010年,集成度可高达10亿。
(2)军用微电子技术的特点
军用微电子技术具有以下几个特点:一是技术参数及可靠性指标要求高,以保证长寿命、高可靠性工作;二是研制难度大,需要特殊电路设计和多种工艺在线处理;三是多品种,小批量;四是能在较恶劣的环境下工作,要求耐高温、耐潮湿、抗辐射、耐冲击、抗振动,对封装技术要求苛刻等。
(3)军用微电子技术带来的技术革新
微电子技术在军事领域的应用,使武器系统的体积、质量和功耗大大减小,可靠性大大提高,作战效能和威力显著增强,实现了军用电子装备的小型化、轻型化、轻量化和高可靠性,使武器装备性能发生革命性变化。例如,精确制导武器采用了微电子技术,命中率提高 1~2个数量级,体积重量也大大减少。精确制导武器采用了微电子技术,命中率提高 1~2个数量级,体积重量也大大减少。
同时,由于超大规模集成电路的推进,微波与毫米波单片集成电路(M M IC)的问世,使武器系统出现了质的变化,出现了许多高精尖武器系统,具有代表性的有:固体相控阵雷达、合成孔径雷达卫星、预警飞机、车载C 3 I系统、各种高精度导弹、军用定位卫星以及军用仿真、作战模拟、综合电子战系统等。
而微电子技术在计算机中的应用,促进了人工智能发展,使武器系统具备逻辑判断、推理和自动攻击能力,对武器系统发展将产生划时代的影响。军用大型计算机系统使用功能强大的微处理器芯片,可进行各类模拟仿真、处理各种复杂战场形势变化。
(4)军用微电子技术的发展趋势
21世纪,微电子技术及其产品将继续向高性能化、高智能化、低电压和微型化方向发展,微电子技术将更广泛地应用于武器系统中。在微电子领域的未来20年中,一大批新技术将得以发展和应用,具体包括:微机电系统、纳米电子技术、超导微电子技术和有机微电子技术等。这些新技术的出现及投入使用,将对武器系统乃至未来作战模式产生巨大影响。智能化武器将得到普遍应用,一批新概念武器将可能出现,从而改变未来战争的模式。