十九、微电子革命的先声——晶体管的发明
1948年6月的一天，在美国贝尔实验室外的一个房间里，一架样式很普通的收音机正在播放轻柔的音乐，许多参观者在驻足观看。为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？原来这是世界上第一架不用电子管，而代之以一种新的固体组件——晶体管的收音机。
在晶体管发明之前，电子管器件历时40余年，一直在电子技术领域占统治地位。但不可否认的是，电子管十分笨重，存在耗能大、寿命短、噪声大、制造工艺复杂等缺点。因此，人们一直在努力寻找新的电子器件来替代它。
19世纪末，人们发现了一种新材料——半导体，但直到第二次世界大战爆发后，半导体器件微波矿石检波器在军事上发挥了重要作用，半导体才引起了人们的关注。许多科学家纷纷投入到半导体的深入研究中。经过紧张的研究工作，三位美国物理学家肖克利、巴丁、布拉顿捷足先登，合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体组件。它的发明开创了固体电子技术时代。他们三人也因而共同获得了1956年的诺贝尔物理学奖。
最初，他们采用肖克利提出的场效应概念来研究晶体管。他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动。但实验屡屡失败。经过无数个不眠夜的苦苦思索，巴丁又提出了表面态理论。这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应。表面态概念的引入，使人们对半导体结构和性质的认识前进了一大步。布拉顿等人在实验中发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势发生了改变，这正是肖克利预言过的场效应。
这个发现使大家十分振奋，他们加快研究步伐。谁知，继续实验时却发生了与以前截然不同的效应。新情况把他们的思路打断了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离。
然而，肖克利小组并没有畏缩、泄气，他们团结一致，紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮。经过多次分析、计算和实验，1947年11月17日，巴丁和布拉顿把两根触丝作为电极放在锗半导体芯片表面上，当两根触丝靠近时，放大作用发生了。在当年的12月23日，肖克利小组的科研成果得到专家的肯定，世界上第一只晶体管宣告诞生。
尽管最初的晶体管原始且笨拙，但它在当时却是一个举世震惊的突破。晶体管的发明，终于使体积大、耗能多、易碎的真空管有了替代物。同真空管相同的是，晶体管能放大微弱的电子信号；不同的是它廉价、耐久、耗能少，而且在科技高速发展的今天它几乎能够被制成无限小。
1999年9月，法国原子能委员会的科学家研制出当今世界上最小的晶体管，这种晶体管直径仅为20纳米。如果将这种晶体管放进一片普通集成电路中，就好像一根头发丝被放在足球场的中央一样。
如今，小小的晶体管正在我们生活中的各个领域发挥着它不可忽视的作用。
二十、“电子工厂”——集成电路
自从晶体管在20世纪40年代诞生后，它便很快被应用到各种无线电技术领域，不过，当计算机被发明后，晶体管的不足便逐渐暴露出来。比如。一台计算机往往需要上千个晶体管，很显然，拥有这么多晶体管的计算机。其体型和重量不仅会显得很大，而且其费用也十分高昂，为了克服晶体管的种种弊病，科学家们又研发了新的电子元件一集成电路。
集成电路是一种微型电子器件。它采用半导体制作工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及连接这些元件的线路组合在一块小小的晶片上。这样的一个集成电路块如同是一个完整的电子电路，它通常用字母“IC”表示。
1952年，美国学者杰弗里·达默首先提出了集成电路的概念。不过，这时的集成电路并没有进人研发阶段。1958年，美国得克萨斯仪器公司和仙童公司都宣布自己研制成功了第一块集成电路。其中，得克萨斯仪器公司的杰克·基尔比以硅为材料，制成了一块集成电路。
集成电路具有体积小、重量轻、成本低、能耗少、寿命长、可靠性高等优点。目前，它已经被广泛应用在微型计算机、电视广播以及军事、通讯、遥控等领域，用集成电路来装配电子设备，开创了电子技术的新时代。
集成电路板按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路板和数字集成电路、混合集成电路三大类。按制作工艺可分为半导体和薄膜。按集成度高低的不同可分为小规模（集成元件少于100个）、中规模（集成元件100～1000个）、大规模（1000～100000个元件）和超大规模（元件在10万个以上）。按用途可分为电视机用、音响用、影碟机用、录像机用、电脑用、通信用、报警器用等各种专业集成电路。
二十一、电子设备的“心脏”——芯片技术
芯片是指含有集成电路的硅片，它体积很小，因此常常作为计算机或其他设备的重要组成部分。芯片中有一种被称为中央处理器（简称CPU）的芯片，它就像整个电脑系统的心脏，对于主板而言，CPU几乎决定了这块主板的主要功能，是主板的灵魂。
芯片组是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。其中北桥芯片起主导性作用，也称为主桥（Host Bridge）。不同的芯片组，在性能上存在着较大差异。除了最通用的南北桥结构外，目前芯片组正向更高级的加速集线架构发展。
1958年，世界上第一块微电子芯片诞生。现在，几乎每一个拥有电器的家庭都有各种芯片，但是很少有人知道，世界上第一块芯片只有一个晶体管，人们把那个晶体管粘在了一块胶合板上面，从此掀开了芯片业的序幕。时至今日，一块芯片上已经可以集成多达数亿个晶体管了。
自从20世纪90年代DNA芯片的概念提出后，近年来以DNA芯片为代表的生物芯片技术得到了迅猛发展，目前已有多种不同功用的芯片问世，而且，有的已经在生命科学研究中开始发挥重要作用。所谓的生物芯片即应用于生命科学和医学领域中作用类似于计算机芯片的器件。其加工制作采用了像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的缩微技术，将生命科学中许多不连续的过程如样品制备、化学反应和检测等步骤移植到芯片中，并使其连续化和微型化。这与当年将数间房屋大小的分离元件计算机缩微到现在只有书本大小的笔记本计算机的过程是相似的。这种基于微加工技术发展起来的生物芯片，可以把成千上万乃至几十万个生命信息集成在一个很小的芯片上，对基因、抗原和活体细胞等进行测试分析，用这些生物芯片所制作的各种不同用途的生化分析仪与传统仪器相比较，它具有体积小、重量轻、成本低、便于携带、防污染、分析过程自动化、分析速度快、所需样品和试剂少等诸多优点。
由于生物芯片技术的飞速发展，美国科学促进协会于1998年底将生物芯片评为1998年的十大科技突破之一。现在，生物芯片已被公认将会给21世纪的生命科学和医学研究带来一场革命，并已成为各国学术界和工业界所瞩目并研究的一个热点。
美国IBM公司沃森研究中心的科学家发明出一种微型装置，这种装置可以控制光线传播的速度，把光速由通常的每秒186000英里降低到每秒600英里左右，为大幅提高光缆通信的能力提供了条件。
美国IBM公司发明的这个装置集成在一个芯片上，只有通过显微镜才能看清。硅片中有一个类似镜子的小洞使光线在这里来回地反射，以达到降低光速的目的。与之相比，先前在降低光速方面的研究成果在应用中都需要借助于很多的设备。1999年，美国哈佛大学的研究人员就曾成功地把光速降低至每秒38英里，在随后的研究中，他们甚至可以使光在传播中能够停顿。
研究人员表示，通过加热硅片还能达到调整光速的效果，而且对光的特性没有太大的影Ⅱ向，运用这项技术可以成比例地减小光元件的尺寸，从而能够大大降低光元件的费用。在不久的将来，光信号还能通过缩短计算机处理器存取数据的时间来大幅提高计算机的运算速度。
现代微芯片有这样令人难以置信的成功，主要得益于制造工艺的提升和成本的降低，同时其效率和节能特性不断提高，这使其完全融入了我们的生活，包括现代通信、医药、运输等行业都离不开芯片，小小的芯片正用它的力量影响着现代社会。
二十二、机器人技术
机器人亦称“机械人”。是一种能模仿人的某种活动的一种自动智能机械。一般能实现行走和操作生产工具等动作，也能模拟人类部分逻辑思维活动，具有类似视觉、听觉、嗅觉等感觉功能，可在人所不能适应的环境下代替人工作。配装电子计算机，通过编排程序，能具备一定程度的人工智能，例如识别语言和图像，并做出适当反应等，对实现生产自动化和国防现代化具有深远意义。
目前世界上已有数十万台机器人（1995年共有65万台工业机器人在工作），按机器人的发展水平可分为三代。
第一代机器人是可编程的机器人，以示教再现机器人为代表。示教再现机器人按照人“教”它的动作顺序，自动重复地进行工作，但对外界没有感觉和适应能力，更没有智力。示教方法有“手把手”教，还有采用示教盒进行编程输入或直接用键盘输入编程“教”。
第二代机器人具有感觉器官和电脑，电脑对感觉器官获得的信息进行分析，做出判断，产生控制信号，操纵机械手和行走机构动作。它能适应外界环境的变化，完成各种较复杂的工作。
第三代机器人就是智能机器人，它能接受人的指令（比如声音命令），感觉识别周围环境，电脑在积累知识的基础上进行学习和思考，做出决策，独立自主地制订或修改工作计划，产生控制信息，控制各部分协调工作，完成各种复杂工作。
机器人专家从应用环境出发，又将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的，用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。
机器人的组成也是仿人的。机器人一般有如下几大部分：电脑及控制装置，相当于人脑及神经系统；胳膊及手爪，相当于人的胳膊和手；轮子或脚（两只脚或多足），相当于人的腿和脚；各种感觉装置（传感器）以及与外界联系的装置，相当于人的口、耳、眼、鼻以及皮肤上的感觉神经；能源装置，相当于人的内脏；传动装置（由马达、链条、拉杆、齿轮等组成），相当于人的肌肉。
从机器人的结构上看，可以说：机器人=电脑+传感器+机械手+行走装置。
现实机器人的外形并不一定像人，但其功能却与人的某些功能相似。机器人是代替人的仿人机械。它的机械手可以完成各种操作，比如搬重物、焊接工件、装配机器、摘果实、剪羊毛、挤牛奶、扫地、擦玻璃、洗衣服、做饭、端茶喂饭、弹琴作画、写字等。机器人可以用“脚”在地面上移动，在水中游，在墙壁上和海底爬行，在山路和楼梯上步行，跨越障碍。
机器人的感觉器官可以看见外界物体景象，听见声音，检测物体位置及运动速度，感知与物体接近和接触，检测所抓物体重量，分辨手爪所抓物体的形状、大小以及滑动与否等。电脑能够分析、计算、判断、思考和作决策，产生控制作用，由传动装置使机器人的手和脚完成操作和动作。
由于机器人的特殊性能，不仅在医疗、救灾上发挥了重要作用，并且还被运用在勘探、航天、探险等人类本身无法完成的领域中。
