微电子是致力于开发和制造微尺度电子元件与系统的领域，是现代数字创新的基石。通过在材料、器件架构和制造工艺方面的持续进步，它彻底革新了现代电子技术，使设备从占据整间房间的机器缩小到我们口袋中的紧凑型智能手机。
在人工智能 (AI)、物联网 (IoT)、5G/6G 通信和量子计算等新兴技术的推动下，微电子产业正经历前所未有的变革。这些应用需要更复杂的元器件，具备更高的性能特性、更快的处理速度、更低的功耗、更好的热管理能力以及更高程度的小型化。与此同时，石墨烯、碳纳米管 (CNT)、钙钛矿以及先进的 Ⅲ-Ⅴ 族半导体等新材料正在推动新型器件架构的发展，而极紫外 (EUV) 光刻、原子层沉积 (ALD) 以及异质集成等制造技术正在推动摩尔定律的边界。
这些技术进步与日益增长的市场需求的融合，形成了一个复杂的创新生态系统，在这个生态系统中，突破性的发现能够迅速重塑整个行业板块，因此，及时的技术情报对于保持竞争优势至关重要。市场机会巨大，2025 年微电子市场的价值为 4820 亿美元，预计到 2035 年将以 5.7% 的复合年增长率增长，届时市场价值将接近 8400 亿美元。
虽然突破性发现带来了巨大的机遇，但也产生了信息管理方面的挑战，包括关键资料分散在各类学术期刊、专利数据库和会议论文中，使得全面了解技术发展变得困难。组织可能难以及时识别早期研究阶段的新兴应用和材料，从而错失在这些技术达到商业成熟前进行战略布局、建立合作伙伴关系或采取竞争应对的关键机会。要解决这一问题，需要获取能够打通信息孤岛的整合权威数据源。
我们利用了 CAS 内容合集TM，全球最大的人工收录科学信息库，展示了如何从海量已发表的微电子相关资料中高效提取可操作的洞察。CAS 内容合集可通过 CAS 解决方案访问，包括 CAS SciFinder®、CAS STNext® 和 CAS BioFinder®。它由 CAS REGISTRY® 提供支持，该数据库是涵盖超过 2.9 亿种独特有机和无机物质的权威信息来源。
利用这些资源，我们将自然语言处理 (NLP) 与 CAS 索引系统相结合，在微电子领域的期刊和专利文献中识别出超过 200 个新兴科学主题领域。这些发现通过一系列 CAS TrendScape 趋势图得以可视化，这些趋势图基于对过去 20 年约 110 万篇期刊文章和专利的全面分析生成。
这些趋势图以直观的层级格式展示了识别出的新兴科学主题领域，按四个主要分支进行组织：应用、器件、材料和制造方法。其中许多主题领域代表了早期的新兴技术，而 TrendScape 趋势图旨在提供对新兴主题领域的即时可视化访问，包括它们的类别关系、研究量以及当前关注度。
我们的联合报告包含完整分析内容及所有 TrendScape 趋势图。为了快速了解这些分析，让我们浏览微电子文献分析中的“应用”部分，以更好地理解重要的新兴技术：
微电子领域的新兴与成熟应用
通过基于 NLP 的分析，我们分别分析了近 110 万篇期刊和专利文献，以识别新兴主题领域。识别出的主题领域以层级方式进行组织，生成了涵盖四个主要分支的 CAS TrendScape 趋势图：应用、制造方法、器件和材料（见图 1）。
每个分支包含若干子分支，其权重依据 2020-2024 年期刊和专利文献的数量确定。这些权重以六边形节点表示，节点尺寸随文献数量增大而增大，覆盖从 20 篇到超过 50,000 篇的范围。六边形节点的颜色还根据其平均增长倍数进行标示，如图例插图所示。
对“应用”趋势图的目视观察显示，能源和电子子分支在期刊和专利文献中拥有最高的发表量（见图 2）。应用类期刊分支被结构化为六个主要子分支：能源、量子计算、生物医学、电子、传感器和自动化实验室，其中四个子分支进一步细分为专业领域。应用类专利分支的主题则更加多样化，包括激光器、纳米发电机、通信与射频 (RF) 以及机电元件等。
发表量最低的应用领域包括量子计算、自动化实验室和视网膜模拟器件。这些新兴领域代表了未来研究拓展的重要机会。这些领域相对稀少的文献表明，它们仍处于早期发展阶段，随着相关技术的成熟和实际应用的出现，具有巨大的增长潜力。我们还注意到，诸如电子皮肤等创新领域的专利文献数量显著增加。这一已建立领域与新兴领域之间的差异凸显了研究格局的动态特性，并指出了未来研究的战略重点领域。
电子皮肤（E-skin）
电子皮肤 (E-skin) 由柔软、柔性、可拉伸且具自愈功能的电子系统组成，能够模拟生物皮肤的多功能特性。作为人体最大的器官，皮肤承担着关键的生理功能，包括体温调节和免疫反应调控。皮肤中布满了大量感受器，能够检测多种刺激，包括压力、温度、触觉、空间位置等。为了模拟人类皮肤的复杂性，电子皮肤必须集成能够感知、传输和处理刺激的系统。
个性化医疗与先进传感技术的融合，加剧了对复杂生物信号检测与处理系统的需求。电子皮肤的应用涵盖多个领域，从生物医学应用（包括假肢、伤口愈合和持续健康监测）到更广泛的领域，如机器人技术、人机交互界面以及互动娱乐系统。这一多样化的应用格局，结合材料科学与制造工艺的持续进步，使电子皮肤成为位于电子学、材料科学与生物医学工程交叉点的变革性技术。
我们的分析发现了一项显著差异：专利的平均年增长率为 1.3 倍，远高于期刊论文的 1.0 倍。这有力地证明了该领域正受到强烈的商业驱动。自 2015 年以来，期刊文献数量仍然显著增长，表明该领域仍处于早期发展阶段。然而，专利数量的增长表明电子皮肤正蓄势迈向更具商业化的应用阶段。近期的研究更加聚焦于开发可生物降解的电子皮肤系统，在保持功能性能的同时，解决环境可持续性方面的关注。
量子计算
量子计算代表了一种革命性的计算范式，它利用量子力学现象、叠加态和纠缠，实现前所未有的处理能力。不同于只处理二进制位（0 和 1）的经典计算机，量子计算机使用量子比特，能够同时处于多种状态。这一根本性差异使信息处理实现指数级加速成为可能，从而有望变革受经典计算限制制约的领域。
量子计算领域正在多个维度上迅速发展。以量子为核心的超级计算将量子处理器与传统高性能计算系统相结合，形成混合架构，充分利用两种计算范式的优势。量子机器学习利用量子并行性，在特定应用中有可能超越经典人工智能方法。
此外，量子互联网的发展侧重于构建用于安全通信和分布式量子计算的网络。研究人员还在开发针对特定问题领域优化的专用量子处理器，同时展示令人信服的量子优势，即量子系统在某些任务上超越经典超级计算机的性能。
量子计算正开始在各个领域展示其实际价值。在制药领域，包括罗氏和默克在内的公司使用量子算法模拟药物与蛋白质之间的分子相互作用，有望将药物研发周期从数年缩短至数月。金融机构如摩根大通和高盛正在开发用于投资组合优化和复杂衍生品定价的量子方法。
物流行业有望从量子解决方案中受益，用于路线规划问题，大众汽车正在测试用于交通流和供应链优化的算法。能源公司正在利用量子计算进行电网优化、电池化学研究以及碳捕集技术开发。
在网络安全领域，量子计算推动了双重创新，一方面对现有加密技术构成威胁，另一方面通过量子密钥分发和后量子密码学协议提供解决方案。该技术为人类最紧迫的挑战提供了潜在解决方案，从气候建模到疾病治疗，同时也创造了只有量子系统才能解决的全新问题类别。
自动化实验室
自动化实验室被定义为“一种机器学习辅助的模块化实验平台，能够迭代执行由机器学习算法选择的一系列实验，以实现用户定义的目标。”这些创新使得能够快速探索材料和工艺条件，而通过传统方法则难以实现。
在微电子领域，自动化实验室已被用于优化薄膜沉积工艺、研究特别是卤化物钙钛矿的材料稳定性，以及发现新型二维材料。采用自动化实验室有可能将类脑器件、量子计算组件和新型存储技术的开发速度提升数个数量级，同时降低开发成本并提高可重复性。
视网膜仿生设备
视网膜模拟器件是一类专用光学传感器，试图模拟生物视网膜的结构与功能，通过传感器内计算在检测点处理视觉信息。与仅捕获并传输原始像素数据的传统图像传感器不同，视网膜模拟系统将光检测与局部信号处理相结合，模拟视网膜在将信息传递到更高级处理中心之前提取边缘、运动和对比度等特征的能力。视网膜模拟器件正在自动驾驶车辆、机器人和增强现实系统中找到应用，在这些领域，实时且高能效的视觉处理至关重要。
微电子领域的挑战与机遇
我们的综合分析显示，微电子产业正在多个维度经历前所未有的变革，从材料科学的突破到革命性的系统级应用，从学术发现到商业化实施，从集中的区域创新中心到全球分布的研究能力。新型材料的出现与突破性器件架构的结合，展示了行业成功超越传统硅基范式的演进，使其能够满足人工智能、物联网 (IoT) 和可持续技术应用日益增长的需求。
与此同时，该行业也面临诸多挑战，如物流复杂性、材料限制、可持续发展要求以及监管不确定性。我们的完整报告深入探讨了这些问题，而我们对研究格局的分析揭示了行业的发展方向以及应对这些挑战的途径。
这一综合性格局分析利用了过去二十年近 230 万篇文献的科学情报，为利益相关方应对复杂局面并抓住新兴机遇提供了必要的战略基础。无论是推动研发优先级、指导投资决策，还是在这一动态领域中实现组织的竞争布局，此处呈现的洞察都提供了关键优势，使相关方不仅能够参与微电子革命，更能引领这一革命。
