隨著各種新概念、新理論、新材料、新技術(shù)被用于無源元件領(lǐng)域，無源元件已經(jīng)成為一個創(chuàng)新十分活躍的技術(shù)領(lǐng)域。

　　近半個世紀(jì)以來，信息技術(shù)的高速發(fā)展改變著人類文明的進程，這在很大程度上得益于半導(dǎo)體器件集成技術(shù)的不斷創(chuàng)新。這一現(xiàn)象被描述為著名的摩爾定律，即半導(dǎo)體集成電路的集成度每18個月翻一番。相比之下，半導(dǎo)體器件以外的為數(shù)眾多的電子元件，我們統(tǒng)稱為無源元件的發(fā)展則相對緩慢，構(gòu)成了電子技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。

　　隨著各種新概念、新理論、新材料、新技術(shù)被用于無源元件領(lǐng)域，無源元件已經(jīng)成為一個創(chuàng)新十分活躍的技術(shù)領(lǐng)域。

　　新一代無源集成材料相繼問世

　　近年來出現(xiàn)的低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC)使無源元件的集成成為可能。LTCC技術(shù)是集互聯(lián)、無源元件和封裝于一體的多層陶瓷制造技術(shù)。其基本原理是將多層陶瓷元件技術(shù)與多層電路圖形技術(shù)相結(jié)合，利用低溫?zé)Y(jié)陶瓷與金屬內(nèi)導(dǎo)體在900℃以下共燒，在多層陶瓷內(nèi)部形成無源元件和互連，制成模塊化集成器件或三維陶瓷基多層電路。該技術(shù)為無源電子元件的集成和高密度、系統(tǒng)級電子封裝提供了理想的平臺。LTCC技術(shù)涉及一系列復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)問題，而其核心問題之一則是低溫共燒陶瓷材料。

　　低溫共燒陶瓷材料是LTCC技術(shù)的基礎(chǔ)。其中最重要的材料是低介電常數(shù)(ε在10以下)低燒陶瓷，而目前亟待突破的難點是實現(xiàn)性能的系列化。盡管文獻報道的低介LTCC材料種類很多，但迄今可商品化的基本上屬于兩大類材料：一類是微晶玻璃系統(tǒng)，有實用價值的是以Ca0-B203-Si02為主配方的材料系統(tǒng)(簡稱 CBS系)，為美國Ferro公司的專利。其特點是結(jié)晶相直接從玻璃中析出，因此材料具有較好的顯微結(jié)構(gòu)均勻性。其主要問題是，B3+的增多會增大材料介質(zhì)損耗并降低其力學(xué)性能，而Si4+增加則會使燒結(jié)溫度增高，因此難于對體系組分進行調(diào)整以實現(xiàn)系列化。第二類是以陶瓷氧化物顆粒和低熔玻璃相復(fù)合的陶瓷-玻璃復(fù)合材料。美國杜邦公司和德國Heraeus公司的LTCC瓷料屬于這一類。這類體系性能可調(diào)的前提是能夠進一步降低玻璃相熔點，而杜邦公司和Heraeus公司所選擇的低燒玻璃主要是硼硅系玻璃和鈉玻璃，其中促進燒結(jié)溫度降低的Na和B的組分的增加都將導(dǎo)致介電損耗的增加。可見，制約低介LTCC材料系列化的核心問題是材料的燒結(jié)溫度與介電性質(zhì)之間的矛盾。現(xiàn)有商用低介電常數(shù)LTCC材料的組成均選擇在其性能所能容忍的最低燒結(jié)溫度點上，任何對材料摻雜改性的努力均將導(dǎo)致材料燒結(jié)溫度的提高，使材料無法滿足共燒要求。而只有基方材料同時具有低介電常數(shù)、介電損耗以及低的燒結(jié)溫度，才能承受更多的改性組分的引入以實現(xiàn)對材料性能(如介電常數(shù)、熱性能、機械特性等)的調(diào)節(jié)。因此，尋找兼具有低的介電常數(shù)及介電損耗和低的燒結(jié)溫度的基方材料是實現(xiàn)高性能系列化低介LTCC材料的關(guān)鍵。

　　近年來，我們通過系統(tǒng)地研究，發(fā)展出了以硅鋁氟氧化物為基礎(chǔ)的新一代LTCC基方材料。通過氟的引入不僅有效降低了介質(zhì)的介電常數(shù)和介電損耗，還更大幅度地降低了陶瓷的燒結(jié)溫度。通過氟的調(diào)制，使基方材料在加入各種高熔點調(diào)節(jié)劑時依然可以實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，因而具有廣闊的優(yōu)化和剪裁空間。

　　超常電磁介質(zhì)不斷改進

　　電磁介質(zhì)是無源電子元件的基礎(chǔ)和核心部分，無源元件的重大發(fā)展很大程度上得益于介質(zhì)材料的改進和提高。然而，經(jīng)過近一個世紀(jì)的探索，常規(guī)介質(zhì)材料的可改進空間已經(jīng)越來越小。“超常介質(zhì)”(metamaterials，又稱“超材料”)指的是一大類具有人工設(shè)計結(jié)構(gòu)和超常物理性質(zhì)的材料系統(tǒng)。近年來，光子(電磁波)帶隙理論、左手介質(zhì)理論等的提出為設(shè)計這類新型材料系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。超常介質(zhì)可望為無源元件和無源集成的發(fā)展提供一個突破口，具有超常物理性質(zhì)的介質(zhì)有可能成為新一代電子元件的基礎(chǔ)。一些基于超常介質(zhì)的新型無源元件，如超小型化的濾波器、微型天線、無繞線電感等相繼被提出。通過人工設(shè)計的結(jié)構(gòu)可望使用較少的(1-2種)材料實現(xiàn)通常需要多種材料才能實現(xiàn)的多種元件功能，這將有利于克服無源集成所面臨的材料兼容障礙。同時，以無源元件為結(jié)構(gòu)單元的網(wǎng)絡(luò)也是目前實現(xiàn)各種超常物理特性設(shè)計的基礎(chǔ)。

　　憶阻器被證實存在

　　按照我們目前的知識，基本的無源電子元件只有3大類，即電阻器、電容器和電感器。而事實上，無源電路中有4大基本變量，即電流、電壓、電荷和磁通量。早在1971年加州大學(xué)伯克利分校的蔡少棠(LeonChua)教授就提出一種預(yù)測：應(yīng)該有第四個元件的存在。他在其論文《憶阻器：下落不明的電路元件》提出了一類新型無源元件—記憶電阻器(簡稱憶阻器)的原始理論架構(gòu)，推測電路有天然的記憶能力。憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻。通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為“ 1”，低阻值定義為“0”，則這種電阻就可以實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的功能。

　　2008年，美國惠普實驗室下屬的信息和量子系統(tǒng)實驗室的研究人員在英國《自然》雜志上發(fā)表論文宣稱，他們已經(jīng)證實了電路世界中的第四種基本元件——— 憶阻器(Memristor)的存在，并成功設(shè)計出一個能工作的憶阻器實物模型。在該系統(tǒng)中，固態(tài)電子和離子運輸在一個外加偏置電壓下是耦合在一起的。這一發(fā)現(xiàn)可幫助解釋過去50年來在電子裝置中所觀察到的明顯異常的回滯電流—電壓行為的很多例子。憶阻器器件的最有趣的特征是它可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量。其電阻取決于多少電荷經(jīng)過了這個器件，即讓電荷以一個方向流過，電阻會增加；如果讓電荷以反向流動，電阻就會減小。簡單地說，這種器件在任一時刻的電阻是時間的函數(shù)——— 多少電荷向前或向后經(jīng)過了它。

　　目前已經(jīng)可以通過一些技術(shù)途徑實現(xiàn)憶阻器，但制約這類新硬件發(fā)展的主要問題是電路中的設(shè)計。目前還沒有憶阻器的設(shè)計模型使其用于電路當(dāng)中。有人預(yù)測，這種產(chǎn)品5年后才可能投入商業(yè)應(yīng)用。

　　憶阻器將有可能用來制造非易失性存儲設(shè)備、即開型PC（個人電腦）、更高能效的計算機和類似人類大腦方式處理與聯(lián)系信息的模擬式計算機等，甚至可能會通過大大提高晶體管所能達到的功能密度，這將對電子科學(xué)的發(fā)展歷程產(chǎn)生重大影響。