中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與對策綜合分析報告.doc

內(nèi) 容 摘 要光電子信息產(chǎn)業(yè)是世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也是我國有條件率先實現(xiàn)突破的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展關(guān)系到我國能否抓住高技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)遇，能否迅速提升我國的技術(shù)創(chuàng)新能力，能否實現(xiàn)生產(chǎn)力發(fā)展的飛躍。課題從全球光電子信息產(chǎn)業(yè)競爭的視角，對中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了比較深入、系統(tǒng)的研究。首先，課題全面、系統(tǒng)分析了光電子信息產(chǎn)業(yè)沿革與發(fā)展趨勢。課題從 20 世紀(jì)以來人類社會科學(xué)革命、技術(shù)革命和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命的高度，研究了光電子信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生和發(fā)展的社會歷史背景，剖析了信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)從電子到微電子、再從微電子到光電子的變遷歷程及其內(nèi)在必然性，提出光電子信息產(chǎn)業(yè)是信息社會的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一；從信息社會的信息存儲、傳輸、顯示、處理、獲取等各環(huán)節(jié)技術(shù)變革的角度，論證了光電子信息技術(shù)對信息技術(shù)和社會信息化的革命性影響。課題準(zhǔn)確抓住光電子信息產(chǎn)業(yè)在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命中的戰(zhàn)略定位，研究了光電子信息產(chǎn)業(yè)對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大意義，包括對國民經(jīng)濟(jì)支撐的戰(zhàn)略性和先導(dǎo)性、對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式變革的創(chuàng)新性和革命性、對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升和其它產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動性和滲透性以及對提高中國在全球產(chǎn)業(yè)分工地位的突破性和跨越性等，提出了發(fā)展光電子產(chǎn)業(yè)是我國必須抓住的戰(zhàn)略機(jī)遇。其次，課題研究了光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律與各國（地區(qū)）的政策及做法。課題深入研究了光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要規(guī)律，分析了其生產(chǎn)方式的新特點。光電子產(chǎn)業(yè)是典型的知識型產(chǎn)業(yè)，具有與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不同的生產(chǎn)方式，在產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動因素、市場特點、生產(chǎn)布局、投入與產(chǎn)出等方面具有與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)諸多不同的特點和規(guī)律，課題對這些方面的特點和規(guī)律進(jìn)行了深入的研究和概括。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了美國、日本、歐洲以及中國臺灣等國家和地區(qū)發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策、做法及經(jīng)驗。再次，也是課題研究的重點，提出了中國光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，包括戰(zhàn)略目標(biāo)、重點領(lǐng)域、創(chuàng)新體系。課題從提升信息產(chǎn)業(yè)全球競爭力的角度，研究了世界及我國光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及特點，從我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及光電子產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀出發(fā)，提出了中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)、思路和重點。從全球2光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，剖析了激光、光通信、光電顯示、光存儲、數(shù)字影像、半導(dǎo)體照明等六個重點領(lǐng)域的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢及競爭態(tài)勢，相應(yīng)提出了全球競爭條件下各領(lǐng)域的發(fā)展思路。課題抓住技術(shù)創(chuàng)新是光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)因素這一特點，研究了光電子信息產(chǎn)業(yè)對國家（區(qū)域）創(chuàng)新能力提升的驅(qū)動作用，提出我國光電子信息產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新的主要目標(biāo)及思路，提出了創(chuàng)新體系建設(shè)的框架及重點內(nèi)容。最后，也是課題研究的著力點，提出了發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)采取的一系列重大舉措。從國家意志和政府職能的角度，確立光電子信息產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的地位，予以重點支持；推進(jìn)制度創(chuàng)新，創(chuàng)造光電子產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的制度條件；組織實施一批重大工程和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項，加速提升技術(shù)創(chuàng)新能力，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展；加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，促進(jìn)光電子信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。從產(chǎn)業(yè)組織方式創(chuàng)新的角度，以國家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地（園區(qū)）為主要載體，培育光電子信息產(chǎn)業(yè)集群和創(chuàng)新集群，提升其全球分工中的地位；加強(qiáng)企業(yè)的聯(lián)合與協(xié)作，促進(jìn)企業(yè)并購重組，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)展。從光電子信息產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式創(chuàng)新的角度，實施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)；創(chuàng)新金融市場，快速集聚產(chǎn)業(yè)資本等，促進(jìn)以技術(shù)創(chuàng)新為主導(dǎo)的生產(chǎn)方式的形成。關(guān)鍵詞：光電子信息產(chǎn)業(yè) 戰(zhàn)略高技術(shù) 自主創(chuàng)新 發(fā)展戰(zhàn)略 對策3目目 錄錄第一篇第一篇 光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展沿革與趨勢光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展沿革與趨勢.11 1 光電子信息產(chǎn)業(yè)及形成過程光電子信息產(chǎn)業(yè)及形成過程.111 光電子信息產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵及分類.112 光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成過程和發(fā)展階段.3121 光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成過程.3122 光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段.72 2 光電子信息產(chǎn)業(yè)：信息社會新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)光電子信息產(chǎn)業(yè)：信息社會新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè).1021 電子技術(shù)的發(fā)展與信息時代的發(fā)端.1022 微電子技術(shù)的發(fā)展與人類信息時代的來臨.12221 微電子技術(shù)的發(fā)展與人類信息時代的來臨.12222 微電子技術(shù)發(fā)展的特點及面臨的局限.12223 微電子產(chǎn)業(yè)仍是今后一段時期信息技術(shù)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè).1523 光電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一.17231 光電子的技術(shù)特征.17232 光電子技術(shù)：信息技術(shù)的新支柱.1824 光電子信息技術(shù)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命.1925 光電子信息產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略意義.22第二篇第二篇 光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律與各國政策光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律與各國政策.293 3 光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要規(guī)律光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要規(guī)律.2931 光電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律 .2932 光電子信息產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)律.3533 光電子信息產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)布局規(guī)律.3834 光電子信息產(chǎn)業(yè)的投入與產(chǎn)出規(guī)律.404 4 世界各國和地區(qū)發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策及做法世界各國和地區(qū)發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策及做法.4441 美國發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策及基本經(jīng)驗 .4442 日本發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策及基本經(jīng)驗 .4543 歐洲及中國臺灣發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)的政策及基本經(jīng)驗.47444 幾點啟示.48第三篇第三篇 中中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略.515 5 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和重點中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和重點.5151 中國光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及問題 .5152 面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn).5553 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本思路和戰(zhàn)略目標(biāo).5954 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域.636 6 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域分析中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域分析.6961 光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況.6962 激光.72621 激光應(yīng)用系統(tǒng).73622 激光器市場.74623 全球及國內(nèi)的主要廠家.77624 激光技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢.7863 光通信 .80631 光纖光纜.81632 光傳輸設(shè)備.86633 光電器件.8964 光電顯示 .93641 光顯示技術(shù)的種類及產(chǎn)業(yè)規(guī)模.93642 光顯示產(chǎn)業(yè)的地區(qū)分布.95643 液晶顯示技術(shù)及產(chǎn)業(yè).95644 等離子顯示（pdp）技術(shù)及產(chǎn)業(yè) .99645 有機(jī)電致發(fā)光顯示（oled）技術(shù)及產(chǎn)業(yè).10165 光存儲 .10366 數(shù)字影像 .104661 數(shù)字影像產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本情況.104662 圖像傳感器.106663 數(shù)碼相機(jī).110664 可拍照手機(jī).11467 半導(dǎo)體照明.116568 軟件.1187 7 光電子信息產(chǎn)業(yè)對區(qū)域創(chuàng)新能力驅(qū)動及創(chuàng)新體系建設(shè)光電子信息產(chǎn)業(yè)對區(qū)域創(chuàng)新能力驅(qū)動及創(chuàng)新體系建設(shè).12071 光電子信息產(chǎn)業(yè)與國家（區(qū)域）創(chuàng)新能力.120711 戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)對國家創(chuàng)新能力驅(qū)動的一般分析.120712 光電子信息產(chǎn)業(yè)對區(qū)域創(chuàng)新能力驅(qū)動的實證分析.12872 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新模式 .134721 中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要模式分析.134722 開放條件下自主創(chuàng)新中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式分析.13773 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè).1438 8 中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策中國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策.14781 確立光電子信息產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的地位，予以重點支持.14782 推進(jìn)制度創(chuàng)新，創(chuàng)造光電子產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的制度條件.14983 實施一批重大工程和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項，加速推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展.15384 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，促進(jìn)光電子信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展.15685 培育光電子信息產(chǎn)業(yè)集群，提升全球分工中的地位.15886 加強(qiáng)企業(yè)聯(lián)合與協(xié)作，促進(jìn)企業(yè)并購重組，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展.16187 實施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán).16488 創(chuàng)新金融市場，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，集聚產(chǎn)業(yè)資本.167主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn).1711第一篇第一篇 光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展沿革光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展沿革與趨勢與趨勢1 1 光電子信息產(chǎn)業(yè)及形成過程光電子信息產(chǎn)業(yè)及形成過程11 光電子信息產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵及分類光電子信息產(chǎn)業(yè)是指運用光電子學(xué)原理，利用光電子技術(shù)，研究、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售各類光電子信息產(chǎn)品的供需行為及經(jīng)濟(jì)效益行為的總稱。光電子信息產(chǎn)業(yè)的概念是在信息技術(shù)革命、光電子信息技術(shù)飛速發(fā)展并在實踐中廣泛應(yīng)用和滲透中逐步形成的，其內(nèi)涵隨著實踐的發(fā)展而不斷充實和豐富，其外延則不斷擴(kuò)展。在 20 世紀(jì) 90 年代以前，由于光電子產(chǎn)品市場規(guī)模較小，應(yīng)用范圍還不廣，還沒有形成光電子產(chǎn)業(yè)的概念，光電子產(chǎn)品從屬于電子產(chǎn)業(yè)；20世紀(jì) 90 年代，由于光電子產(chǎn)品市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用日益廣泛，形成了光電子產(chǎn)業(yè)的概念。特別是美國、日本等國家認(rèn)識到光電子這一新興產(chǎn)業(yè)的廣闊發(fā)展空間，并提出要把光電子產(chǎn)業(yè)作為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點之后，全球范圍內(nèi)形成了發(fā)展光電子產(chǎn)業(yè)的熱潮，光電子產(chǎn)業(yè)這一概念也為人們廣泛接受，這時光電子產(chǎn)業(yè)包含信息光電子、能量光電子和消費光電子等領(lǐng)域；到 20 世紀(jì) 90 年代末，人們深刻地認(rèn)識到光電子信息技術(shù)將成為信息社會的支柱，由此形成了光電子信息產(chǎn)業(yè)的概念，開始把光電子產(chǎn)業(yè)叫做光電子信息產(chǎn)業(yè)，光電子信息產(chǎn)業(yè)的范圍不只是信息光電子領(lǐng)域，還包括其它所有的光電子產(chǎn)業(yè)范圍，以及與光電子技術(shù)和產(chǎn)品相關(guān)的軟件、信息服務(wù)等行業(yè)。當(dāng)然，并不是所有的光電子產(chǎn)品（系統(tǒng)）都是嚴(yán)格意義上的信息產(chǎn)品，如激光加工系統(tǒng)、太陽能電池等，但是，一般仍把這些光電子產(chǎn)品包含在光電子信息產(chǎn)業(yè)的范疇之中。2001 年以來，國家發(fā)改委、國家科技部、國家信息產(chǎn)業(yè)部等部門陸續(xù)在武漢、長春、西安等地建設(shè)若干個國家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地、國家光電信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地、國家光電信息園等國家光電信息產(chǎn)業(yè)（化）基地，這標(biāo)志著光電子信息產(chǎn)業(yè)在我國已經(jīng)發(fā)展成為一個相對獨立的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。目前，光電子信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，光電子信息產(chǎn)業(yè)可以進(jìn)行不同2的分類。從產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)功能上看，光電子信息產(chǎn)業(yè)可以分為光電子材料、元件、器件和裝置，以及系統(tǒng)和應(yīng)用。從應(yīng)用領(lǐng)域上講，也可以有多種分類方法，并且世界各國或地區(qū)的分類標(biāo)準(zhǔn)和方法也不斷變化，相應(yīng)的統(tǒng)計口徑也不盡相同。如1994 年，美國光電子工業(yè)協(xié)會（oida）發(fā)表了光電子技術(shù)發(fā)展指要的報告，將光電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域分為光電顯示、光通訊、光存儲、硬拷貝及其它。1997年 oida 在統(tǒng)計光電子產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模時，又將光電子產(chǎn)業(yè)劃分為光通訊、計算機(jī)與辦公用品、消費與娛樂等三個主要領(lǐng)域。2000 年來，日本光電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會（oitda）把光電子產(chǎn)業(yè)劃分為光電子設(shè)備、光電子元件等兩個部分，或分為通信、信息、能量等三大領(lǐng)域。臺灣光電子科技工業(yè)協(xié)會（pida）按行業(yè)統(tǒng)計范圍主要包括：計算機(jī)光電子外圍設(shè)備（光資訊） 、光通訊、光電材料與元件、光電系統(tǒng)應(yīng)用、光學(xué)器件與元件等五大類。在我國，對光電子信息產(chǎn)業(yè)也有多種分類方法，比如，按應(yīng)用領(lǐng)域分類，不少專家將光電子產(chǎn)業(yè)分為信息光電子、能量光電子、消費光電子、軍事光電子、軟件與網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。光電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域是不斷變化的，隨著光電子技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展，將會不斷形成一些新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。本課題從我國光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢出發(fā)，重點研究光電子信息產(chǎn)業(yè)的七個主要領(lǐng)域，即激光、光通信、光顯示、光存儲、數(shù)字影像、半導(dǎo)體照明以及相關(guān)的軟件等，各領(lǐng)域的主要產(chǎn)品分別包括：（1）激光：主要為半導(dǎo)體、氣體和固體激光器，以及工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的激光應(yīng)用系統(tǒng)。（2）光通信：主要為光纖通信，包括光纖光纜、光傳輸設(shè)備和光通信器件。（3）光顯示：主要是以液晶顯示（lcd） 、等離子顯示（pdp） 、有機(jī)電致發(fā)光顯示（oled）等為主的平板顯示器系統(tǒng)。（4）光存儲：主要指光盤存儲產(chǎn)業(yè)，包括 cd-rom、cd-rw、dvd-rom、dvd-rw 等光盤存儲系統(tǒng)。本課題重點討論光盤驅(qū)動器行業(yè)，而對以光存儲為基礎(chǔ)的激光視聽與娛樂、光盤等產(chǎn)業(yè)不討論。（5）半導(dǎo)體照明：半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)和傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)相結(jié)合、采用發(fā)光二極管（led）作為新光源的新興產(chǎn)業(yè)。（6）數(shù)字影像產(chǎn)業(yè)：主要包括數(shù)字影像輸入、數(shù)字影像處理、數(shù)字影像輸3出、數(shù)字影像存儲等產(chǎn)品。在數(shù)字影像的產(chǎn)業(yè)鏈條中，數(shù)字影像處理是中心環(huán)節(jié)，主要產(chǎn)品包括光電傳感器、數(shù)碼相機(jī)、可拍照手機(jī)、掃描儀、投影儀、攝影機(jī)等。（7）軟件：任何一種光電子產(chǎn)品或應(yīng)用系統(tǒng)，要有效實現(xiàn)其功能，往往需要相應(yīng)的軟件進(jìn)行控制，使產(chǎn)品具備智能化的性能。因此，光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還必須有相關(guān)的軟件產(chǎn)業(yè)支持。12 光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成過程過程和發(fā)展階段和發(fā)展階段121 光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成過程光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成過程光電子信息產(chǎn)業(yè)是在現(xiàn)代科學(xué)革命、技術(shù)革命、產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命、特別是信息技術(shù)革命的重要產(chǎn)物。20 世紀(jì)上半葉的科學(xué)革命，特別是物理學(xué)的革命，建立了現(xiàn)代光電子學(xué)理論，使人們對光電子的認(rèn)識發(fā)生了革命性的飛躍，并為光電子技術(shù)革命打下了基礎(chǔ)。20 世紀(jì) 40 年代到 70 年代的信息技術(shù)革命中，誕生了激光、光纖、光電傳感器等一大批光電子關(guān)鍵技術(shù)，為光電子產(chǎn)業(yè)的形成打下了基礎(chǔ)。從 20 世紀(jì) 60 年代開始的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命，實現(xiàn)了光電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化及其在社會各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并使光電技術(shù)經(jīng)過一系列的技術(shù)突破和技術(shù)創(chuàng)新之后形成了規(guī)模日益龐大的光電子信息產(chǎn)業(yè)。光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是與現(xiàn)代的科學(xué)革命、技術(shù)革命和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命緊密相連的，特別是與微電子和軟件、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系，正是微電子、光電子、計算機(jī)、軟件和網(wǎng)絡(luò)通訊等新技術(shù)的有機(jī)融合、相互推進(jìn)，把人類社會的發(fā)展帶入了信息時代。當(dāng)然，光電子產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，還與生產(chǎn)方式的革命，特別是與新經(jīng)濟(jì)、全球化的生產(chǎn)方式緊密相連。光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成大致經(jīng)歷了以下三個基本過程：1光電子理論的建立和發(fā)展在 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)上半葉，人類社會又發(fā)生了一次科學(xué)革命，這次科學(xué)革命以物理學(xué)革命為先導(dǎo)，以分子生物學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、軟科學(xué)的產(chǎn)生為重要內(nèi)容。光電子理論正是在這次科學(xué)革命中建立和發(fā)展起來的。光電子的理論形成是光電子技術(shù)發(fā)明、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)。在這次科學(xué)革命中，形成了以研究光電子的產(chǎn)生、運動及其轉(zhuǎn)化規(guī)律的光電子理論，即光電子學(xué)。41900 年，普朗克(mp1ank)提出量子假說，提出假定振子能量永遠(yuǎn)為 h 的整倍數(shù)，其中 為輻射頻率，h 為新的物理恒量(普朗克恒量)，并從理論上進(jìn)行了論證，提出了輻射系統(tǒng)線性振子輻射場之間能量不連續(xù)的量子交換的概念，這一工作的創(chuàng)造性發(fā)展使他成為量子論的奠基者，其研究成果大大地豐富了現(xiàn)代物理學(xué)。1905 年，愛因斯坦(aeinstein)在普朗克量子論的技術(shù)上，提出光量子論，并得出光電效應(yīng)方程，即光量子的能量公式 e=h 及光電方程 1/2 mv 2 =h-w。光量子理論采用普朗克的能量量子化觀點解釋了光電效應(yīng)，提出了輻射的發(fā)射和吸收理論及受激發(fā)射的概念，用清晰的物理概念簡潔地給出了受激發(fā)射與自發(fā)發(fā)射、吸收系數(shù)三者之關(guān)系，即著名的 a、b 系數(shù)，為對當(dāng)今世界產(chǎn)生巨大影響的激光技術(shù)的誕生提供了理論基礎(chǔ)。1915 年，美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間成功完成了著名的“光電效應(yīng)”實驗，證實了愛因斯坦光電方程，并測定了普朗克常數(shù) h 值，測定的 h 值與理論值完全一致，由此證明了“光量子”理論的正確。至此，愛因斯坦的光電子理論經(jīng)實驗檢驗后才得到人們的承認(rèn)。愛因斯坦因發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的規(guī)律，即愛因斯坦光電方程而獲得 1921 年的諾貝爾物理獎。密立根由于對光電效應(yīng)進(jìn)行了檢驗和研究，獲得了 1923 年的諾貝爾物理學(xué)獎?，F(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和光電子理論的建立，為光電子的重大技術(shù)發(fā)明、光電子信息產(chǎn)業(yè)的形成奠定了理論基礎(chǔ)。由于電子與光子是一對極為重要的各具特點但可以類比的微觀粒子，有著極為類似的發(fā)展規(guī)律，因此，光電子理論又被認(rèn)為是光學(xué)（photonics）與電子學(xué)（electronics）相互結(jié)合而形成的一門新興交叉學(xué)科，是研究光子或電子作為信息和能量載體的光子行為及其應(yīng)用的科學(xué)。2光電子的重大技術(shù)發(fā)明和技術(shù)突破20 世紀(jì)上半葉的科學(xué)革命，引發(fā)了開始于 20 世紀(jì) 40 年代的現(xiàn)代技術(shù)革命。在這場技術(shù)革命中，誕生了光電子技術(shù)。光電子技術(shù)主要是研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，是光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門技術(shù)。一般認(rèn)為，光電子技術(shù)的發(fā)展是從 1960 年激光器的發(fā)明開始的。光電子領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和器件包括激光器、光纖、液晶顯示器、電荷藕合器(ccd)、5發(fā)光二極管(led)等，特別是激光器，是整個光電子產(chǎn)業(yè)的核心。正是這些核心技術(shù)和器件的發(fā)明，奠定了整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，引發(fā)了信息的存儲、傳輸、處理、顯示、獲取等技術(shù)的革命。當(dāng)然，集成電路和軟件、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展對整個光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也很關(guān)鍵，光電子產(chǎn)業(yè)的每一次重大技術(shù)突破，幾乎都與這些行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步相關(guān)。20 世紀(jì)光電子領(lǐng)域的重大技術(shù)發(fā)明和技術(shù)突破有： （1）激光器1957 年托溫（charles townes） ，戈登（james gordon）和宰澤（herbert zeizer）首次制造了受激微波發(fā)射放大的器件。1960 年馬曼（theodore maiman）制造了第一個固體紅寶石的激光器，但使用壽命不到 1 秒。1961 年豪爾（robert hall）制造了第一個半導(dǎo)體激光器，室溫下工作時壽命只有幾小時。1977 年，貝爾實驗室研制成功室溫下外推壽命為 100 萬小時的 gaalas 半導(dǎo)體激光器。具有實用價值的激光器解決了光通信、光存儲等技術(shù)的光源問題。1993 年，藍(lán)色激光二極管誕生，為半導(dǎo)體照明、新一代 dvd 光存儲的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。（2）光通信1960 年華人科學(xué)家高錕（charles k kao）首次公開發(fā)表研究報告，提出光導(dǎo)纖維能夠?qū)嶋H應(yīng)用于通信的可能性。1970 年莫愛（robert maurer）在康寧公司（corning）領(lǐng)導(dǎo)的一個小組設(shè)計和制造了耗損為 20db/km（相當(dāng)于同軸電纜的水平）石英光纖。1974 年貝爾實驗室的馬查尼（john mac chesney）和他的同事發(fā)明了制造低耗損光纖的方法，稱為化學(xué)氣相沉積法(cvd)，光纖耗損降低到 1db/km。1976 年貝爾實驗室在佐治亞（georgia）的諾克羅斯（nor-cross）進(jìn)行了多模光導(dǎo)纖維系統(tǒng)現(xiàn)場測試。1987 年發(fā)明了摻餌光纖放大器（erbium doped fiber amplifier, edfa） ，實現(xiàn)了用廉價的光纖放大器替代長距離光纖通信中復(fù)雜昂貴的光電光混合式中繼器。1988 年，美國鋪設(shè)成功橫跨大西洋的 tat-8 海洋光纖通信系統(tǒng)，總?cè)萘繛?32 萬個雙向話路，為全球通訊創(chuàng)造了便利，是全球通信和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的里程碑。（3）光顯示1968 年美國 rca 公司科學(xué)家 g h heilmeier 根據(jù)動態(tài)散射效應(yīng)，將液晶做成顯示器，液晶顯示器(liquid crystal display，lcd)誕生。1984 年，歐美6提出超扭曲向列（st n-lcd）和薄膜式晶體管型（tft-lcd）技術(shù)。80 年代末，日本開始大規(guī)模生產(chǎn) stn-lcd。1993 年，日本開發(fā)出 tft-lcd 大規(guī)模制造技術(shù)。液晶和等離子(pdp)顯示技術(shù)被稱為取代陰極顯像管的第二代顯示技術(shù)。1987 年美國柯達(dá)公司的華人科學(xué)家鄧青云博士發(fā)明了有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù) (organic light emitting diode，oled)，它與液晶相比有超薄、超輕、廣視角、自發(fā)光、高清晰、低能耗，尤其是制造成本低、可以實現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)點。因此，oled 被稱為第三代顯示技術(shù)。（4）光存儲20 世紀(jì) 60 年代激光器發(fā)明后，荷蘭飛利浦公司以及日本索尼公司開始使用激光光束進(jìn)行記錄和重放信息的研究。1972 年，飛利浦研制成功激光視盤系統(tǒng)（ld，laser vision disc） ，1978 年投放市場，但由于事先沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，價格昂貴，限制了市場推廣。1982 年，飛利浦公司和索尼公司共同制定了 cd 數(shù)字音頻（compact disc digital audio，即 cd-da）紅皮書（red book）標(biāo)準(zhǔn)，同年 10 月相應(yīng)的激光唱片系統(tǒng)投放日本市場。1983 年，飛利浦公司和索尼公司在紅皮書標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，發(fā)表 cd-rom 的黃皮書(yellow book)標(biāo)準(zhǔn)，利用cd-da 作為計算機(jī)的大容量只讀存儲器，使各種類型數(shù)據(jù)都能存放在 cd-rom 上。此后，伴隨光存儲技術(shù)的進(jìn)步，光存儲設(shè)備不斷有新成員加入，相繼提出了 cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-rw、dvd-ram 等一系列光存儲的標(biāo)準(zhǔn)。1991 年，飛利浦公司推出了世界上第一臺計算機(jī)光驅(qū)。（5）光傳感與數(shù)字影像技術(shù)1960 年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（cmos）材料具有感光性，1963年美國無線電公司制成金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管芯片，1968 年又制成 cmos 集成電路，cmos 開始應(yīng)用于圖像傳感。1969 年，美國的貝爾電話研究所發(fā)明了電荷耦合器（ccd） 。cmos/ ccd 能夠?qū)ⅰ肮狻毙畔⑥D(zhuǎn)換成“電”信息，是航空攝影設(shè)備、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、可拍照手機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件。（6）半導(dǎo)體照明1962 年首只 gaasp（鎵砷磷）紅光半導(dǎo)體發(fā)光二極管（light emitting diode，led）誕生。1965 年推出全球第一款商用化發(fā)光二極管(led)，led 開始進(jìn)入實用階段。1968 年，利用氮摻雜工藝使 gaasp 器件的效率達(dá)到了 1 流明/瓦，7并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。但 led 在長時間內(nèi)主要應(yīng)用于收錄機(jī)、家電的電源指示燈以及音響面板的背光源。1993 年，第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵獲得突破，日亞化學(xué)工業(yè)公司員工中村修二發(fā)明了具有亮度高、耗電少的藍(lán)光二極管，隨著藍(lán)光二極管的誕生，使紅、綠、藍(lán)三種基色的半導(dǎo)體元件已均能生產(chǎn)，至此，半導(dǎo)體照明得以進(jìn)入日常照明這一照明領(lǐng)域的主陣地。此外，由于藍(lán)色激光波長短，使用藍(lán)色激光的新一代光盤 ( 新一代 dvd) 將具有上一代光盤 5 倍以上的存儲容量，因此藍(lán)光二極管被稱為“世紀(jì)發(fā)明” ，是 21 世紀(jì)光電子學(xué)的核心技術(shù)之一。3光電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)業(yè)形成光電子信息產(chǎn)業(yè)是建立在光電子領(lǐng)域的一大批技術(shù)發(fā)明、技術(shù)突破以及技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上的。技術(shù)創(chuàng)新是光電子產(chǎn)品走向市場、光電子產(chǎn)業(yè)形成的關(guān)鍵，通過不斷技術(shù)創(chuàng)新，形成了適應(yīng)市場需求的一系列的光電子產(chǎn)品和應(yīng)用系統(tǒng)，促進(jìn)了光電子技術(shù)在信息、能量、材料、航天航空、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，形成了多個應(yīng)用領(lǐng)域，由此逐步形成了光電子產(chǎn)業(yè)。并且隨著技術(shù)進(jìn)步以及光電子技術(shù)在其它行業(yè)的廣泛滲透，還將會形成一批新的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)。光電子技術(shù)的應(yīng)用，首先是形成了一系列的產(chǎn)品（元件）和應(yīng)用系統(tǒng)。早期的光電子產(chǎn)品包括激光器、發(fā)光二極管、光纖光纜、光電器件等，在這些產(chǎn)品的基礎(chǔ)上形成了光通信、光存儲、光顯示、半導(dǎo)體照明、激光加工、激光醫(yī)療等應(yīng)用系統(tǒng)。光電子產(chǎn)品（元件）的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，對光電子產(chǎn)業(yè)的形成具有極強(qiáng)的推動作用，但系統(tǒng)技術(shù)也十分重要。系統(tǒng)可以直接滿足市場的需要，滿足社會發(fā)展的需要，系統(tǒng)發(fā)展了，又會反過來促進(jìn)元件的發(fā)展。光電子產(chǎn)品（元件）具有鮮明的特點，這是光電子產(chǎn)業(yè)特性的基礎(chǔ)，也是光電子能夠形成相對獨立產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 “光電子產(chǎn)品”與傳統(tǒng)的“電子產(chǎn)品”有本質(zhì)不同。傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品都是以電子作為信息或者能量載體，如錄像機(jī)、收音機(jī)、廣播電視發(fā)射機(jī)、傳統(tǒng)的電子計算機(jī)、工業(yè)用電子束蝕刻機(jī)、醫(yī)學(xué)用電凝固治療機(jī)等；光電子產(chǎn)品是以光子或光電子作為信息或能量載體的、以光電子技術(shù)為主導(dǎo)的產(chǎn)品，如光纖、光電器件、激光器、顯示器、數(shù)碼相機(jī)、可視電話、dvd、掃描儀、光復(fù)印機(jī)等。正是光電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的不斷發(fā)展壯大、應(yīng)用的不斷深入，逐步形成了光電子產(chǎn)業(yè)。8122 光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段上面論述了光電子產(chǎn)業(yè)的形成過程。20 世紀(jì) 80 年代以前，光電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)模很小，只是電子產(chǎn)業(yè)的一個分支。進(jìn)入 80 年代后，才逐步從電子產(chǎn)業(yè)中獨立出來，成為產(chǎn)業(yè)特性很突出的新型產(chǎn)業(yè)。光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程，大致可分為幾個階段：一是 20 世紀(jì) 60 年代，是光電子產(chǎn)品誕生和應(yīng)用的初期。60 年代是光電子技術(shù)發(fā)明的高峰，原始性的技術(shù)發(fā)明層出不窮。光電子主要的原始技術(shù)發(fā)明，大都產(chǎn)生在 20 世紀(jì) 60 年代，包括激光器、光纖、液晶顯示器、電荷藕合器(ccd)、發(fā)光二極管(led)等原始技術(shù)發(fā)明。這些重大技術(shù)往往一經(jīng)發(fā)明，就開始了相關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用，如 1960 年發(fā)明了激光器，1961 年就誕生了激光測距機(jī)，隨后激光制導(dǎo)武器、激光致盲武器等相繼研制成功并投入應(yīng)用。二是 20 世紀(jì) 70 年代，是光電子重大技術(shù)突破層出不窮，光電子產(chǎn)品開始進(jìn)入市場的階段。這一階段標(biāo)志性的成果有低耗損光纖的實現(xiàn)、半導(dǎo)體激光器和ccd 技術(shù)的成熟，光電子產(chǎn)品開始進(jìn)入實際應(yīng)用領(lǐng)域。20 世紀(jì) 60 年代，光電子領(lǐng)域出現(xiàn)了一些重大發(fā)明，盡管這些發(fā)明具有劃時代意義，但是離實際應(yīng)用卻還有相當(dāng)?shù)木嚯x。如當(dāng)激光器發(fā)明的時候，只能在脈沖狀態(tài)下工作，不能連續(xù)工作，并且工作時間很短，只有幾分鐘甚至不到 1 秒鐘，一般要求在零下 200 度的條件下才能工作幾個小時，還不具備實用價值；光纖發(fā)明后，光傳輸?shù)暮膿p率太高，同樣也沒有實用價值。其它的技術(shù)發(fā)明如液晶顯示、ccd、光存儲等，從發(fā)明到實用，都經(jīng)歷了一系列的重大技術(shù)突破，主要有美國貝爾實驗室在 1970 年夏季研制成功室溫下連續(xù)運行的半導(dǎo)體激光器，解決了光通信的光源問題；同年，美國康寧公司首先研制成功衰減為 20db/km 的光纖；此外，還有荷蘭飛利浦公司的光存儲技術(shù)、日本索尼公司的 ccd 技術(shù)，都是經(jīng)過長達(dá)五六年甚至十多年的研發(fā)和攻關(guān)之后，突破了一個又一個的障礙，才試制出具有實用價值的樣品。三是 20 世紀(jì) 80 年代，是光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的高峰，光電子技術(shù)在各行各業(yè)開始廣泛應(yīng)用和滲透。在這一階段，各種光電子技術(shù)進(jìn)入成熟、實用階段，一大批光電子產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)、激光唱機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、tftlcd 顯示器等新產(chǎn)品進(jìn)入市場。這一階段，光電子產(chǎn)業(yè)漸漸形成了一定的規(guī)模，到 1990 年，全球光電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模大約為 174 億美元，其中光存儲（主要是激光視盤系統(tǒng)）609億美元，光通訊 20 億美元，激光應(yīng)用系統(tǒng) 30 億美元。光電子信息產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模不大，但比 1980 年增長了 10 多倍，漸成了氣候。四是 20 世紀(jì) 90 年代，是光電子技術(shù)廣泛滲透、產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)張的階段。這一階段，光電子技術(shù)進(jìn)一步成熟，價格大幅度下跌，再加上計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛躍，光電子產(chǎn)品全面進(jìn)入千家萬戶。到 2000 年，光電子產(chǎn)品銷售收入達(dá)到 1699 億美元，其中光通信 459 億美元，光存儲 350 億美元，平板顯示 296億美元。整個產(chǎn)業(yè)規(guī)模比 1990 年增長 8.8 倍，但由于價格的大幅度下跌，主要產(chǎn)品的銷售量呈幾十倍、上百倍甚至幾百倍的增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大。20 世紀(jì)90 年代光電子信息產(chǎn)業(yè)的增長情況見表 1-1。表 1-1 19902000 年全球光電子主要行業(yè)銷售收入及增長倍數(shù)年全球光電子主要行業(yè)銷售收入及增長倍數(shù) 單位：億美元單位：億美元 19902000增長倍數(shù)統(tǒng)計口徑（主要產(chǎn)品范圍）光電元器件221757.0發(fā)光與受光器件，包括激光二極管、發(fā)光二極管、ccd/cmos 等平板顯示1529618.7液晶顯示器、led 顯示等光輸入輸出272809.4掃描儀、激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等光存儲603504.8光驅(qū)、光盤、唱片、影碟等光通訊2045922.0光纖光纜、光傳輸系統(tǒng)、光電器件激光應(yīng)用系統(tǒng)301403.7激光器、工業(yè)及醫(yī)療激光系統(tǒng)等合計17416998.8資料來源：課題組根據(jù) pida(2003)、oida（1994）的歷史資料及課題組的分析研究整理。由于光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其統(tǒng)計口徑也在不斷調(diào)整。本課題對光電子信息產(chǎn)業(yè)的分類與統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)與 pida、oida 有差異。例如，本課題的光存儲產(chǎn)業(yè)中，沒有包括光盤產(chǎn)業(yè)，特將 pida 的統(tǒng)計口徑注明。為了分析過程中的可比性，在本表中采用 pida 的統(tǒng)計口徑。102 2 光電子信息產(chǎn)業(yè)：信息社會新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)光電子信息產(chǎn)業(yè)：信息社會新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)在不同的經(jīng)濟(jì)時代，起主導(dǎo)作用的生產(chǎn)要素是不同的。在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，起主導(dǎo)作用的生產(chǎn)要素是勞動力、土地以及土地質(zhì)量、氣候等要素；在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，起主導(dǎo)作用的是資本；而在信息時代，信息則成為一種基本的生產(chǎn)要素，信息產(chǎn)業(yè)成為社會發(fā)展的支柱。信息社會是隨著電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生而到來的，隨著社會信息化進(jìn)程的深入，光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的地位日益突出，正在成為繼微電子之后，信息社會的又一支柱。信息技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了電子技術(shù)、微電子技術(shù)和光電子技術(shù)三個發(fā)展階段。19 世紀(jì)末、20 世紀(jì)初以電子管為基礎(chǔ)的電子技術(shù)和無線電技術(shù)為信息技術(shù)的第一個發(fā)展階段；第二次世界大戰(zhàn)以后，以晶體管和集成電路為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)為信息技術(shù)的第二個發(fā)展階段。目前，信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了光電子發(fā)展階段，在信息的處理、傳輸、存儲、獲取、顯示等環(huán)節(jié)，光電子技術(shù)的作用日益重要，光電子技術(shù)正成為信息社會的主導(dǎo)技術(shù)之一。20 世紀(jì)中葉以來，信息科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，微電子成為信息的載體，在信息的獲取、傳輸、存儲、顯示、處理等信息技術(shù)處理的主要環(huán)節(jié)獲得了巨大的發(fā)展，微電子技術(shù)的進(jìn)步為信息社會的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。但是，在電子信息技術(shù)經(jīng)過 20 世紀(jì)下半葉的高速發(fā)展后，作為信息載體的電子，其進(jìn)一步發(fā)展無論在速度、容量及空間相容性上都受到了限制，而光電子作為信息、能量的載體則顯示出無可爭辯的優(yōu)越性。因此，隨著人類全面進(jìn)入信息時代，全球信息量的增長速度已經(jīng)越來越快，面對處理、傳輸、存儲超高信息容量的需求，光電子技術(shù)將同微電子技術(shù)一樣，成為信息社會的主導(dǎo)技術(shù)之一；光電子再經(jīng)過一段時期的技術(shù)突破、技術(shù)創(chuàng)新，并更深入地向其它產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)散、滲透之后，光電子信息產(chǎn)業(yè)必將與微電子產(chǎn)業(yè)一起，成為信息社會的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。21 電子技術(shù)的發(fā)展與信息時代的電子技術(shù)的發(fā)展與信息時代的發(fā)端發(fā)端人類進(jìn)入信息社會，是從電子學(xué)的誕生、電子技術(shù)發(fā)明并應(yīng)用于信息處理開始的。19 世紀(jì) 60 年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋（maxwell）提出了電磁波理論，電子理論開始逐步建立。1888 年，德國科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波，也證實了光其實是電磁波的一種，并且制成電磁波發(fā)生裝置，由此產(chǎn)生了無線電技術(shù)。但是，11麥克斯韋、赫茲等科學(xué)家并沒有意識到他們的理論和技術(shù)能夠應(yīng)用于信息的傳遞，把人類帶入信息時代。1876 年美國人貝爾（bell）發(fā)明了有線電話，19 世紀(jì)末意大利人馬可尼（marconi） 、俄國人波波夫(bobov)等人發(fā)明電報，把無線電波應(yīng)用于通信。馬可尼于 1897 年將無線電技術(shù)實現(xiàn)商用，在倫敦建立了無線電電報公司，1901 年實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電聯(lián)絡(luò)。從這以后，人們開始認(rèn)識到電子或電磁波可被用作為一種攜帶信息的載體，實現(xiàn)人們遠(yuǎn)距離的通信聯(lián)絡(luò)。電話和無線電發(fā)明之后，人們越來越意識到信息在社會中的重要作用。電子技術(shù)在 20 世紀(jì)初期得到較快發(fā)展。1904 年英國科學(xué)家弗來明（john ambrose fleming）發(fā)明真空管和二極管，揭開了電子電路的設(shè)計階段，產(chǎn)生了新興的電子產(chǎn)業(yè)，推動了無線電電子學(xué)和無線通信的發(fā)展，加快了信息的傳遞，標(biāo)志著人類開始進(jìn)入電子時代。電子管的發(fā)明，產(chǎn)生了無線電、電視機(jī)、錄音機(jī)等一批電子產(chǎn)品，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到家庭娛樂領(lǐng)域，將新聞、教育節(jié)目、文藝和音樂播送到千家萬戶。此外，這些電子產(chǎn)品還應(yīng)用于電話放大器、海上和空中通訊，就連飛機(jī)、雷達(dá)、火箭等 20 世紀(jì)上半葉的一些重要發(fā)明和進(jìn)一步發(fā)展，也離不開電子管。1946 年，美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的世界上第一臺大型數(shù)字電子計算機(jī)，使用了 17468 個電子管，每秒能執(zhí)行 5000 次加法運算。隨著電子學(xué)和電子技術(shù)的發(fā)展，人們開始更深入地認(rèn)識信息的本質(zhì)，并把信息轉(zhuǎn)化為智慧和知識，信息正成為成為一種新的生產(chǎn)要素，極大地提高了勞動生產(chǎn)率。在 20 世紀(jì) 40 年代，維納和申農(nóng)以及同期的其他科學(xué)家創(chuàng)立了信息科學(xué)。1948 年，維納（weiner nobert）在研究人與機(jī)器的通信后，提出了控制論，指出“信息既不是物質(zhì)，也不是能量，信息就是信息”的不朽論斷，并從理論高度對信息的本質(zhì)進(jìn)行了闡述，信息成了獨立的科學(xué)研究對象。另一位信息論奠基人申農(nóng)于 1948 年發(fā)表了“通信的數(shù)學(xué)理論” ，提出了著名的申農(nóng)公式，解決了信息度量問題。這為以后信息資源學(xué)說、數(shù)字化革命、信息技術(shù)的擴(kuò)散、數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的興起奠定了基礎(chǔ)。從此，人們逐步認(rèn)識到，信息與物質(zhì)、能量一樣，也是構(gòu)成世界的基本要素。如同人類對物質(zhì)、能量的研究探索沒有止境一樣，人類對信息世界的探索和研究、利用也不會有止境。隨著人類社會信息化進(jìn)程的深入和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的因素中，信息因素（包括知識）的作用日益重要。但是，電子管十分笨重，存在著許多局限，主要是能耗大、廢熱多、易破碎、壽命短、可靠性低、噪聲大等,制造工藝十分復(fù)雜,影響了電子技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用。1222 微電子技術(shù)的發(fā)展與人類信息時代的來臨221 微電子技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)的發(fā)展與人類信息時代的來臨與人類信息時代的來臨針對電子管技術(shù)的缺陷，尋找更精巧、更可靠的設(shè)備，成為一個世界性的研究熱潮。在此背景下，微電子技術(shù)和微電子學(xué)應(yīng)運而生，二次世界大戰(zhàn)以后微電子技術(shù)的發(fā)展帶來了信息技術(shù)的一次重大飛躍。微電子理論和技術(shù)是在晶體管發(fā)明后產(chǎn)生的。1947 年美國貝爾電話實驗室的巴?。╦ohn bardeen） 、布拉泰?。╳alter h brattain）和肖克萊（william b shockley）發(fā)明了晶體管，它能夠替代真空電子管更好地實現(xiàn)各種電子功能操作，從此實現(xiàn)了從電子管到晶體管這一電子技術(shù)發(fā)展史上的一次飛躍，這標(biāo)志著電子器件向小型化發(fā)展。晶體管的發(fā)明結(jié)束了電子管時代，使電子器件的體積和功耗有了極大的縮小和降低，同時也使電子回路甚至信息系統(tǒng)的關(guān)鍵部件有可能在一塊半導(dǎo)體晶片上實現(xiàn)集成化。晶體管的發(fā)明還誕生了固體電子學(xué)和微電子學(xué)，微電子學(xué)的發(fā)展又把電子技術(shù)和信息技術(shù)推進(jìn)到一個空前未有的新高度。1958 年，美國工程師基比爾在一個半導(dǎo)體材料鍺的基片上成功地研制了晶體管、電阻、電容等，并在基片上將這些元件連接在一起，構(gòu)成了一個完整的電路，這便是世界上第一塊集成電路，集成電路的發(fā)明成為電子器件向微型化方向發(fā)展的里程碑，推動了微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，同時，也使電子技術(shù)的發(fā)展跨入了新一代電路的邏輯設(shè)計階段。1966 年大規(guī)模集成電路（lsi）和 1975 年超大規(guī)模集成電路（vlsi）的發(fā)明，將電子技術(shù)引向集成電路（ic）的系統(tǒng)設(shè)計與相關(guān)的軟件設(shè)計階段。微電子技術(shù)自產(chǎn)生以來，特別是自集成電路問世以來，其發(fā)展速度驚人。集成電路的發(fā)明開創(chuàng)了半導(dǎo)體時代，奠定了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。特別是自 20 世紀(jì) 80 年代以來，電子信息技術(shù)使我們能夠方便地處理、傳遞、存儲、讀寫信息，對人類的物質(zhì)文明起到了巨大的促進(jìn)作用。與其它科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般過程一樣，微電子技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了三個階段，即技術(shù)發(fā)明階段、技術(shù)創(chuàng)新階段和技術(shù)擴(kuò)散階段，或分別稱為研究與發(fā)展階段（rd） 、成果轉(zhuǎn)化階段和工業(yè)化大生產(chǎn)階段。2 22 22 2 微電子技術(shù)發(fā)展的特點及面臨的微電子技術(shù)發(fā)展的特點及面臨的局限局限微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今信息社會的支柱，對人類信息化作出巨大貢獻(xiàn)，但是任何一項技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都存在一個生命周期。微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)雖然仍13處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的上升階段，還未達(dá)到頂點，但是也存在一個生命周期的問題，產(chǎn)業(yè)界對此已有充分的認(rèn)識。1微電子理論已經(jīng)成熟從微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程看，微電子的理論進(jìn)步和技術(shù)發(fā)明、實際應(yīng)用相互促進(jìn)，微電子的技術(shù)理論在 20 世紀(jì) 70 年代已經(jīng)進(jìn)入成熟階段。從發(fā)展趨勢看，信息技術(shù)理論的進(jìn)一步發(fā)展，必須與光電子等新理論結(jié)合，才能獲得更大的發(fā)展空間。2微電子技術(shù)重大發(fā)明主要集中在 20 世紀(jì) 50、60 年代從重大技術(shù)發(fā)明來看，微電子技術(shù)在 20 世紀(jì) 40 年代誕生后，經(jīng)歷了 50 年代、60 年代的技術(shù)發(fā)明高峰。在這以后，雖然技術(shù)創(chuàng)新的速度很快，但是具有原創(chuàng)意義的重大發(fā)明越來越少。根據(jù)美國國家工程院評選的 20 項“20 世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)成就”中“電子器件大事記”的記載，自 1947 年晶體管發(fā)明之后，20 世紀(jì)微電子技術(shù)領(lǐng)域最有影響的 11 項重大發(fā)明中，50 年代的有 5 項，60 年代的有 2 項，70 年代的有 2 項，80 年代的有 1 項。從發(fā)展趨勢看，微電子技術(shù)必須與光電技術(shù)、納米技術(shù)等新技術(shù)融合，才能得到進(jìn)一步的發(fā)展。20 世紀(jì)微電子領(lǐng)域最重要的技術(shù)發(fā)明見表 2.1。3集成電路技術(shù)進(jìn)步速度遵循“摩爾定律”從技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新的角度看，微電子技術(shù)產(chǎn)生以來，其技術(shù)進(jìn)步一直遵循“摩爾定律”的速度，即每隔 1824 個月，集成電路上集成的晶體管的數(shù)量翻一番，性能提高一倍，同時價格下降一倍。摩爾定律揭示出了作為 it 硬件核心的集成電路產(chǎn)業(yè)的內(nèi)在發(fā)展規(guī)律，即性能增長和成本下降兩條曲線之間的緊密相關(guān)性。伴隨著技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，信息技術(shù)的信息獲取、傳輸、存儲、顯示、處理等主要環(huán)節(jié)獲得了巨大的發(fā)展，成為推動社會發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)；微電子學(xué)的技術(shù)成果也滲透到科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域和社會生活各個方面，如通信是從無線電、微波到光纖，交換機(jī)從模擬交換機(jī)向數(shù)字程控交換，存儲是從磁芯到集成電路存儲、光存儲等，運算是從電子管到大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的計算機(jī)等等，這一系列的技術(shù)升級都是以集成電路的進(jìn)步為重要基礎(chǔ)。從技術(shù)發(fā)展的階段而言，目前正處于電子信息時代，信息的主要載體是電子，電子技術(shù)特別是微電子技術(shù)是信息技術(shù)的重要支撐。集成電路集成度的變化趨勢見表 2.2。不同年份集成電路主流技術(shù)變化趨勢見表 2.3。14表 2.1 20 世紀(jì)微電子領(lǐng)域最重要的技術(shù)發(fā)明1947 年貝爾電話實驗室的巴丁（john bardeen） 、布拉泰丁（walter h brattain）和肖克萊（william shoe kleg）發(fā)明晶體管；20 世紀(jì) 50 年代鍺應(yīng)用于制造晶體管中的半導(dǎo)體，50 年代后期，硅逐步取代鍺，成為半導(dǎo)體材料；1954 年晶體管收音機(jī)問世，且為當(dāng)時銷量最大的商品；1958 年德克薩斯儀器設(shè)備公司的基爾比（jack kilby)發(fā)明集成電路；1958 年諾伊斯（robert noyce）研制出微型且能可靠制造的集成電路；1958 年控制數(shù)據(jù)公司（control data corp） 的克雷（seymour cray）研制出晶體管計算機(jī)；1961 年硅芯片首次出現(xiàn)；1967 年德克薩斯儀器設(shè)備公司制造出第一臺使用集成電路的手持式計算器；1970 年條形碼系統(tǒng)創(chuàng)造出來；1971 年英特爾公司生產(chǎn) 4004 通用型 4 比特微處理器，從此，微處理器開始向著名的 286，386, 486 生產(chǎn)線以及“奔騰”處理器過渡；1981 年開發(fā)出 32 位的硅芯片。資料來源：課題組，根據(jù)美國國家工程院編，常平、白玉良譯， 20 世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)成就 （暨南大學(xué)出版社，2002 年 5 月）一書中的資料整理。表 2.2 集成電路集成度的變化趨勢195819601980199020002010集成度51010 萬1000 萬1 億10 億注：集成度系指每塊芯片上所容納的晶體管、電阻、電容等電子元件數(shù)量。資料來源：課題組，根據(jù)有關(guān)資料整理。2010 年系指專家預(yù)測結(jié)果。表 2.3 不同年份集成電路主流技術(shù)變化趨勢（硅片直徑、線寬）1974年1979年198619952000200420102014硅片直徑、線寬2英寸10微米4英寸，3微米6英寸，12微米8英寸，035微米12英寸，018微米12英寸009微米18英寸005微米18英寸0035微米注：1 微米（）=1000 納米（） ，或 1 微米（）=0001 毫米(mm)15資料來源：課題組，根據(jù)有關(guān)資料整理。2010、2014 年系指專家預(yù)測結(jié)果。4微電子技術(shù)預(yù)計 2015 年左右達(dá)到極限盡管摩爾定律仍然還有一定的生命力，然而，隨著時間的推移，摩爾定律面臨著挑戰(zhàn)，微電子技術(shù)預(yù)計 2015 年左右達(dá)到技術(shù)極限，主要原因有以下幾點：一是物理尺寸上的極限?，F(xiàn)有的硅芯片將在未來 10 年左右達(dá)到物理極限，其單個晶體管的大小將像一個原子那么大，這是一個真正的物理極限。二是漏電流。當(dāng)“柵極”的長度小于 5 納米（nm）時，將會產(chǎn)生隧道效應(yīng)，即由于源極和柵極很近，電子會自行穿越通道，從而造成“0” 、 “1”邏輯錯誤。三是功耗和散熱。因為處理器的功耗密度不可能無限地提高，盡管可以通過諸多方式來降低功耗，但都不可能從根本上解決這一問題。四是成本和經(jīng)濟(jì)性。幾十年以來，集成電路集成度的提高依賴于日益巨大投資的支撐，新一代集成電路生產(chǎn)線的投資往往是前一代的好幾倍，集成電路生產(chǎn)線的投資也呈幾何級數(shù)增長。20 世紀(jì) 60 年代，一條集成電路生產(chǎn)線投資只要幾百萬美元，80 年代建一條 6 英寸 08 微米的生產(chǎn)線投資為 2 億美元,90 年代建一條 8 英寸 035 微米的生產(chǎn)線投資為 10 億美元,而在 2000 年建一條 12 英寸018 微米的生產(chǎn)線,投資需要 20 億美元。據(jù)推測,到 2010 年,建一條 18 英寸005 微米生產(chǎn)線的費用,將高達(dá)幾百億美元，甚至上千億美元，摩爾定律必須用更巨大的市場來達(dá)到其經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所要求的規(guī)模，而這是現(xiàn)在無法想象的事情。5微電子與光電子技術(shù)有機(jī)融合，是信息技術(shù)的發(fā)展重要方向?qū)嶋H上，隨著信息容量日益驟增，電子作為信息的載體，其固有的局限性已使得電子技術(shù)難以完全適應(yīng)未來高度信息化社會的需求。因此，人們一直在探尋新的技術(shù)路線，滿足未來更大容量和更高速度信息處理的需要。20 世紀(jì) 70 年代以來，快速發(fā)展的光通信、光存儲和光電顯示技術(shù)，使人們認(rèn)識到了光電子技術(shù)的重要性和它的廣闊發(fā)展前景。因此，光電子技術(shù)、納米電子學(xué)等新的理論和技術(shù)的發(fā)展，必將在電子學(xué)領(lǐng)域中引起一次新的電子技術(shù)革命，從而把信息技術(shù)推向一個更高的發(fā)展階段。223 微電子產(chǎn)業(yè)仍是今后一段時期信息技術(shù)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)微電子產(chǎn)業(yè)仍是今后一段時期信息技術(shù)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)目前，微電子產(chǎn)業(yè)仍是信息產(chǎn)業(yè)的支柱，在今后一段時期內(nèi)，仍將是信息社會的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。盡管微電子產(chǎn)業(yè)有明顯的市場周期，但仍有廣闊發(fā)展前景。1微電子產(chǎn)業(yè)高峰要滯后于技術(shù)高峰16盡管傳統(tǒng)微電子技術(shù)的重大發(fā)明和技術(shù)創(chuàng)新面臨著極限的問題，但這并不意味著微電子產(chǎn)業(yè)也馬上達(dá)到極限，也不意味著微電子產(chǎn)業(yè)的重要性降低。實際上，微電子產(chǎn)業(yè)仍有巨大的發(fā)展空間，在中國尤為如此。從微電子理論的形成和成熟、微電子重大技術(shù)發(fā)明，到微電子技術(shù)創(chuàng)新、微電子的技術(shù)擴(kuò)散和滲透需要一個過程。微電子技術(shù)目前已經(jīng)進(jìn)入各個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，仍然具有巨大的發(fā)展空間。2、微電子產(chǎn)業(yè)仍將保持高速增長微電子產(chǎn)業(yè)自誕生以來，一直保持著高速的增長，在今后一段時期內(nèi)仍將如此。微電子產(chǎn)業(yè)起源于美國。微電子技術(shù)是從晶體管技術(shù)發(fā)展過來的。晶體管發(fā)明之初，雖然意義重大，但是當(dāng)時的應(yīng)用很有限，而且能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益也十分有限。在 50 年代初期，計算機(jī)主要還采用電子管，晶體管的產(chǎn)品數(shù)量和產(chǎn)量都很小，應(yīng)用領(lǐng)域很有限，只是當(dāng)時的電子產(chǎn)業(yè)的很小一部分，沒有形