近日，国家自然科学基金委员会网站发布《国家自然科学基金“十四五”发展规划》，这是我国“十四五”期间科学研究发展的重要指引。

其中，最令人瞩目的是，规划公布了完整的115项“十四五”优先发展领域，这些领域将是“十四五”期间发展的重点科学领域，其中包含12项传感器、仪器、半导体领域技术。（文末附115项优先发展领域全部名单和介绍）

我们来看看有哪些传感器及上下游领域获得重点关注吧！

国家自然科学基金的意义，以及传感器、仪器相关学科发展

许多国家都设有国家自然科学基金，国家自然科学基金对一个国家的基础科学研究有着重要的引领作用。

譬如美国国家科学基金会，多年来就一直引领和支持美国本土的传感器、MEMS等产业的发展，并发布了《传感器革命》（The Sensor Revolution）等一系列极具前瞻性的报告（如对该报告感兴趣，可参看内容：美国国家科学基金会发布：传感器革命），并投入资金鼓励企业对MEMS技术的开发，设立SCME（Support Center for Microsystems Education，微系统教育支持中心），来普及、支持MEMS教育工作等。

因为美国国家科学基金对传感器的重视，因此如今美国是全球传感器强国，在全球传感器市场份额上占据TOP 1的市场份额，并对消费电子、医疗、汽车等相关产业起到极强的支撑作用。

我国国家自然科学基金成立于20世纪80年代初，同样是我国支持基础研究的主渠道之一。国家自然科学基金委自2019年启动了《国家自然科学基金“十四五”发展规划》和《2021—2035年科学基金中长期发展规划》编制工作，并于近日正式发布。

《国家自然科学基金“十四五”发展规划》（后文简称“规划”）共计21个章节，完整的阐明了国家自然科学基金委十四五期间的发展方向与相关理念，其中值得注意的是，本次规划公布了四个板块19个学科重点支持方向，115项“十四五”优先发展领域，这对于近几年国家基础科学的发展具有重要引领作用！（《规划》具体内容，可点击文末阅读原文链接，进入国家自然科学基金委官网查看。）

▲来源：国家自然科学基金委员会官网

其中，对仪器、测试测量等传感器上下游产业，《规划》中更是独立章节，在第十章中明确提出要“促进成果应用贯通、发展科研仪器和软件”：

加大对基础科学软件研究的投入，加强新型科研仪器研制的投入，研发跨越多个时间、空间尺度和极端条件下能精确测量不同物理化学性质的新方法和新工具。促进数据资源、仪器设备的公开共享，促进基础研究和科研仪器研制的协同。

这将对我国国产仪器、国产传感器的发展，将有重要的引导作用。

▲来源：国家自然科学基金委员会官网

12项传感器及仪器、半导体、测量上下游领域进入“十四五”优先发展领域

《规划》中指出：“十四五”期间，积极布局一批具有前瞻性、战略性的发展方向，鼓励探索和提出新概念、新理论、新方法，促进科研范式变革和学科交叉融合。引导广大科研人员从国家重大需求和世界科学前沿出发，凝练提出并解决科学问题。

《规划》中共计提出了115项优先发展领域，都是当前阶段，我国亟需发展的高科技领域。关于传感、半导体、测量、仪器等相关领域，主要有如下领域需要优先发展：

1、量子信息和量子精密测量

围绕量子计算、量子通信、量子传感、量子精密测量等重要领域，重点研究量子计算、量子模拟与量子算法，量子通信实用化技术及其科学基础，量子存储和量子中继，量子导航、量子感知和高灵敏探测，高精度光钟、时频传递的新原理与方法，空域-时域精密谱学及量子态动力学测量技术，为量子科技领域提供人才储备和科技支撑。

量子技术是极具应用前景的前沿技术，目前全球各国都在积极部署研究，我国在量子技术方面当前处于全球第一梯队。

量子传感器是量子技术最重要的应用方向之一，并且科学家认为量子传感器是量子技术中（量子通信、量子计算等）最成熟且最可能尽快实用的技术。

此前，美国国家科学和技术委员会(NSTC)发布了关于量子传感器的国家战略《将量子传感器付诸实践》，明确将量子传感器作为未来1-8年美国信息科学的国家战略。（相关内容可参看《地球最强科技大国发布量子传感器战略》）

2、多功能耦合的化学传感与成像

围绕复杂体系中化学信息的准确获取，重点研究多功能耦合的化学传感原理、技术和方法，极微弱传感信号的实时、原位和无损信号辨识与解调，极低能量的复合驱动、高灵敏捕获、传输及解调，多参数、多功能和超高灵敏器件的特性及其外界刺激响应的机理，超高时空分辨光谱技术与成像分析，多维谱学原理与技术，活体的原位和实时分析，具有选择性和特异性的高灵敏、多功能诊疗试剂。为复杂体系的成分、结构与性能的表征提供新的科学原理和技术支撑。

化学传感器是近年来由化学、生物学、电学、光学、力学、声学、热学、半导体技术、微电子技术、薄膜技术等多学科互相渗透和结合而形成的一门新兴学科。化学传感器在临床医学、工业流程、生物技术、环境监测、农业、食物等领域，有非常广阔的应用。（关于化学传感器知识，可参看《免费领 |上海交通大学113页PPT带你认识化学传感器》）

3、多功能与高效能集成电路

围绕集成电路面临的效能瓶颈及功能融合复杂性等挑战，研究新型逻辑、存储和传感器件，新型计算范式，新材料和跨维度集成技术，以及系统-电路-工艺协同设计、敏捷设计与智能化设计等新工具，研发高端芯片、功能融合芯片及核心装备技术，支撑未来信息系统发展。

围绕集成电路的新型逻辑、存储、传感器件，一般认为是CPU/GPU、存储器和MEMS传感器。

随着半导体技术的发展，传统传感器逐渐半导体化、芯片化，其中最重要的技术就是如今传感器领域炙手可热的MEMS技术。

MEMS传感器具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产等特点，其适用性已得到产业认可，在消费电子、汽车、医疗等领域目前已被大规模应用。MEMS传感器对我国智能制造有着重要意义。

4、类脑模型与类脑信息处理

为克服构建类脑智能模型等难题，重点研究复杂环境高性能智能视觉传感器及系统技术，对视听感知等生物智能对应脑区的神经网络实现精细模拟，从而构建大脑视觉智能和芯片功能验证方法体系，探索大脑信息处理机理，为类脑自然环境的感知、理解和自主决策奠定理论基础。

视觉是人类获取信息最重要的渠道，智能视觉传感器对仿生人眼、机器人、人工智能等许多领域有重要的意义。

5、生物与医学电子信息获取和处理

面向生物电子系统微型化和信息多样化等面临的新挑战，重点研究分子、细胞和生物系统信息融合交互方式，以及光遗传分析等新方法，发展新一代生物电子芯片与微系统技术，形成生物医学传感与影像数据的高灵敏、跨尺度信息检测和处理能力，探索生物信息的本质及演化规律，以及医学信息的新方法、新技术，为提升国民健康水平提供信息技术支撑。

生物医学电子信息的获取，依赖于生物医学传感器，与化学传感器一样，生物医学传感器同样是多学科交叉的新兴传感技术。

生物医学传感器对推动现代医疗健康发展有重要意义，譬如核酸检测中，我们用到的荧光定量PCR检测仪，发射光检测传感器就是其中的核心部件。在基因测序中，MEMS微流控技术也是一项不可或缺的重要生物医学传感技术。

随着生物医学传感技术的发展，未来几年，无侵入式（不用检测血液）血糖检测、随身血压检测等将逐渐落地、普及，为许多血糖、高血压患者带来更多便利。（关于生物医学传感器知识，请参看《山东大学447页PPT带你全面了解生物医学传感器》）

▲MEMS微流控传感技术

6、高效农机装备设计与理论

围绕作物柔性体和复杂农田环境带来的低可靠性作业问题，重点研究土壤-作物-机器系统互作机制，高效低损作业机构设计理论；探索作业信息快速感知、作业变量有效决策、作业指标精确监测、作业故障精准诊断方法；突破耐磨减阻及高密封性新材料技术，丘陵山区特殊地形适应性作业技术，为农业现代化作业装备提供有效科学支撑。

我国是农业大国，农作物是否丰收，关系亿万农民的温饱，每年的中央一号文件，总是与农业息息相关。

但我国农业效率低下，主要原因是农业机械化水平低，我国农机装备设计落后国际水平。以联合收割机为例，我国联合收割机自动化及智能化水平较低，且工况恶劣，工作时负荷波动大，故障率高。与国外相比，我国稻麦联合收割机自动化程度落后30年以上。

涉及农业作业信息感知的传感器有播种作业质量传感器、收获作业质量传感器、植物信息传感器、土壤信息传感器等，均是我国亟需发展的重要传感器种类。

农业传感器已列入《产业基础创新发展目录（2021年版）》，相关信息可参看《未来3年国家决心发展这20种传感器！》。

7、工业信息物理系统

围绕制造过程复杂场景认知、调控和优化决策等难题，研究工业信息物理系统智能构建、信息感知与认知、数字孪生与交互、跨层域协同控制与优化决策、系统安全管控、人机共融风险动态评估与决策等关键技术，有效支撑制造业网络化、智能化发展。

工业信息物理系统，是新一代工业革命的技术核心。通过物联网、信息通讯技术与大数据分析，把配备有传感器、无线和RFID通信技术的智能制造设备通过数据交互连接到一起，让工厂内部，甚至工厂之间都能成为一个整体。

信息感知和采集是工业信息物料系统的基础，智能传感器技术和无线传感网络技术的发展，让工业信息物理系统再智能制造中发挥更多的应用。

8、智能运载系统人-机共享驾驶与车-路-云协同技术

围绕自动驾驶中人-机共享驾驶的协同控制要求与挑战，围绕智能运载系统人-车-路-云耦合机制，重点研究智能运载系统人-机冲突机理，智能运载工具人-机协同理论，面向自动驾驶的车-路协同感知及信息融合，人-车-路-云协同智能驾驶规划、决策与系统优化控制等技术，提升交通系统安全与效率，为实现低成本智能驾驶奠定技术基础

自动驾驶技术、辅助驾驶技术已经成为未来智能车的发展方向，随着这些技术需求，激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等传感器，在车辆里的装备越来越多，预计未来每辆智能汽车搭载的传感器将超过300颗，是传感器最重要的应用领域之一。

车路协同的核心为智能车载技术、智能路侧技术、通信技术、云控技术四部分；其中智能路侧系统，是通过路侧、路中、路内的智能传感器等智能设备，收集实时道路信息与车辆共享，其主要由基础设施板块（信号灯控制机、北斗差分基站等）、智能传感器板块、通讯计算板块（5G通信设备及边缘计算设备）等三方面构成。

9、新型光学技术

围绕未来光学领域面临的超精密像差控制、超高分辨率探测、极弱信号获取、大容量信息传输等技术挑战，探索新的光干涉、衍射及光谱分析等方法，研究突破光学衍射极限的成像方法，新型纳米光刻光学技术，极端光学检测技术，新型光学材料与核心器件、新型激光技术等，为高端精密仪器、智能装备等产业发展提供关键技术支撑。

光学是物理学的重要分支，光学技术是许多高端光学传感器、精密仪器的发展基础。

10、电子器件、射频电路关键技术

围绕电子信息系统向空天地海应用拓展带来的新问题，研究极端和复杂应用条件下高性能集成化电子器件、敏感器件以及微波光子器件与系统原理，发展新材料、新架构、新机制的电路、射频模块及天线技术，探索高效电磁计算、电磁波智能调控方法、以及电子信息系统跨越发展新技术，服务国家电子信息产业发展战略。

敏感器件是传感器的核心部件，也是关键的电子器件之一。目前我国敏感器件研发滞后，许多国产传感器的敏感器件均是采购自国外厂商。

11、宽禁带半导体

围绕宽禁带半导体大失配外延、掺杂与异质集成等难题，研究大尺寸单晶衬底与外延生长，异质结构构筑、集成及物性调控，硅基等异质集成技术，高性能器件制备工艺、模型和可靠性评测方法等，推动核心装备研制，支撑宽禁带半导体器件与系统的发展与应用。

宽禁带半导体也被称为第三代半导体，主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等半导体材料，优点是禁带宽度大（>2.2ev）、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高，可用于于高温、高频、抗辐射及大功率器件，也是目前国家大力发展的新型半导体器件。

12、光电子器件及集成技术

围绕高速率、低功耗、集成化与智能化光电子器件面临的新问题、新挑战，研究微波光子器件及集成，红外及太赫兹光电子器件，智能光计算与存储器件，光量子器件及芯片，异质异构光电子集成技术，片上多维光电信息调控技术等，为满足下一代信息技术的发展需求提供有效支撑。

光电子器件是指利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，是现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，是信息技术的重要组成部分。

光电子器件应用范围十分广阔，如家用摄像机、手机相机、夜视眼镜、微光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外制导、红外遥感、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等，从军用产品扩展到民用产品，其使用范围难以胜数，许多传感器也都有光电子器件，是一个巨大的产业。

结                         语

《国家自然科学基金“十四五”发展规划》是“十四五”期间我国科学发展的顶层规划，具有重要的指导意义。

近年来，随着国际形势的变化和我国产业升级发展的需要，传感器、科学仪器、芯片等等先进制造的代表，已经成为我国发展的重点。如今，《规划》的出台，对我国相关企业、研究院所跟进相应领域的发展，指明了方向。