微电子器件是现代生活中不可或缺的一部分，以晶体管为核心，实现了重大的技术进步。研究人员现在面临的挑战是创造新的微电子技术，更快地处理数据，更可持续。
微电子设备——如计算机和手机中的微芯片——处理和存储信息。它们对我们的生活至关重要。它们对于经营企业、帮助追踪疾病传播、通过电网向家庭输送电力以及开展科学研究以应对气候危机等重大挑战至关重要。
晶体管是微电子器件的基本组成部分，发明于20世纪40年代。晶体管几乎可以瞬间开关电流。这个特性使得用来指示计算机做什么的1和0成为可能。
在本期《科学101:微电子学是什么》中，阿贡国家实验室数学与计算机科学部主任瓦莱丽·泰勒和首席材料科学家张跃鹏讨论了计算机、智能手机等领域的超小型部件。微电子技术对于经营企业、阻止疾病传播、通过电网向家庭输送电力以及开展科学研究以应对气候危机等重大挑战至关重要。
由于晶体管越来越小，以及其他方面的改进，曾经占据一栋大楼整个房间的电脑现在可以放在笔记本电脑上，甚至可以放在智能手表上。每台计算机的成本也大幅下降。
然而，在经济的所有领域，都迫切需要全新形式的微电子技术，以更快的速度收集和分析前所未有的大量数据。但是，使这种新型微电子技术成为可能的科学技术还不存在。其中一个挑战是，当今超级计算机中晶体管的尺寸已经从百万分之一米缩小到十亿分之一米，接近原子的大小。在寻求根本性改进的过程中，研究人员必须寻找小型化的替代途径，以及超越当前计算机体系结构类型的解决方案。
随着数据处理速度的提高，研究人员有两个大问题需要解决。首先，计算机、数据中心和网络中的微电子设备消耗了全球大约10%的电力，而且这个数字还在增长。一台超级计算机所需的电力足以为近1万个家庭供电。其次，制造尖端微电子产品涉及许多不同的材料。其中一些产品的短缺可能导致供应链中断，从而损害经济。
美国能源部阿贡国家实验室正在解决这些问题。研究人员正在寻求微电子和计算架构的新方法，这些方法更快，更节能，并且使用更少的关键材料。例如，最有效的信息处理器是人类的大脑。因此，科学家们正在寻求开发模仿大脑的微电子和计算机架构。正在开发的还有环境友好型微电子制造工艺。成功将使美国保持在微电子研发的前沿，并重振我们的微电子工业。
要了解更多有关微电子学的知识，请查看播放列表微电子学21世纪。
来源:阿贡国家实验室
电脑、智能手机、汽车背后的技术不知名的汽车等等。
超小型电子元件在所有智能电子设备中处理信息。1969年，他们带着两名宇航员驾驶宇宙飞船登陆月球并安全返回。今天，它们以手机、电脑、智能电视、全球定位系统等形式影响着我们的生活。越来越强大的微电子技术对科学研究的进步至关重要。
微电子进入了一个新阶段，部分原因是人工智能(ai)的进步。自动驾驶汽车已经进入市场。可以诊断潜在健康问题的类似皮肤的人工智能材料即将问世。
但微电子学正处于十字路口。如果没有彻底的新技术，用于所有微电子器件的总能量将很快达到惊人的比例。
阿贡国家实验室正在应对这一挑战。我们的科学家正在探索新的材料和设备的途径，考虑到这些设备的使用，为21世纪带来更节能和环保的微电子产品。
