stringtranslate.com

Миниатюризация

Зарядные устройства для последующих поколений iPod от Apple

Миниатюризация ( Br.Eng.: miniaturisation ) — это тенденция к производству все более мелких механических, оптических и электронных продуктов и устройств. Примерами служат миниатюризация мобильных телефонов , компьютеров и уменьшение размеров двигателей транспортных средств . В электронике экспоненциальное масштабирование и миниатюризация кремниевых МОП-транзисторов ( МОП-транзисторов) [1] [2] [3] приводит к тому, что количество транзисторов на кристалле интегральной схемы удваивается каждые два года, [4] [5] это наблюдение известно как закон Мура . [6] [7] Это приводит к тому, что МОП-интегральные схемы , такие как микропроцессоры и чипы памяти, создаются с большей плотностью транзисторов , более высокой производительностью и меньшим энергопотреблением , что позволяет миниатюризировать электронные устройства . [8] [3]

Электронные схемы

История миниатюризации связана с историей информационных технологий , основанных на последовательности коммутационных устройств, каждое из которых было меньше, быстрее и дешевле своего предшественника. [9] В период, называемый Второй промышленной революцией ( ок.  1870–1914 ), миниатюризация ограничивалась двумерными электронными схемами, используемыми для обработки информации. [10] Эта ориентация продемонстрирована в использовании электронных ламп в первых компьютерах общего назначения. Технология уступила место развитию транзисторов в 1950-х годах, а затем и подходу интегральных схем (ИС), который последовал за этим. [9]

Демонстрация миниатюрного телевизионного устройства в 1963 году.

МОП-транзистор был изобретен в Bell Labs между 1955 и 1960 годами. [11] [12] [13] [14] [15] [16] Это был первый по-настоящему компактный транзистор , который можно было миниатюризировать и производить массово для широкого спектра применений, [17] благодаря его высокой масштабируемости [1] и низкому энергопотреблению , что привело к увеличению плотности транзисторов . [5] Это позволило создавать высокоплотные интегральные схемы , [18] с уменьшенной стоимостью за транзистор по мере увеличения плотности транзисторов. [19]

В начале 1960-х годов Гордон Мур , который позже основал Intel , осознал, что идеальные электрические и масштабирующие характеристики устройств MOSFET приведут к быстрому повышению уровня интеграции и беспрецедентному росту в электронных приложениях. [20] Закон Мура , который он описал в 1965 году и который позже был назван в его честь, [21] предсказывал, что количество транзисторов в ИС при минимальной стоимости компонента будет удваиваться каждые 18 месяцев. [ противоречиво ] [6] [7] В 1974 году Роберт Х. Деннард из IBM распознал технологию быстрого масштабирования MOSFET и сформулировал связанное с ней правило масштабирования Деннарда . [22] [23] Мур описал развитие миниатюризации во время Международной конференции по электронным приборам 1975 года , подтвердив свои более ранние предсказания. [19]

К 2004 году компании, занимающиеся электроникой, производили кремниевые микросхемы с переключающимися МОП-транзисторами, которые имели размер элемента всего 130 нанометров (нм), а также велась разработка микросхем размером в несколько нанометров в рамках инициативы по нанотехнологиям . [24] Основное внимание уделяется уменьшению размеров компонентов для увеличения их количества, которое может быть интегрировано в одну пластину, и это потребовало критических инноваций, которые включают увеличение размера пластины, разработку сложных металлических соединений между схемами чипа и улучшение полимеров, используемых для масок ( фоторезистов ) в процессах фотолитографии . [21] Последние две области являются областями, где миниатюризация перешла в нанометровый диапазон. [21]

Другие поля

Миниатюризация стала тенденцией за последние пятьдесят лет и охватила не только электронные, но и механические устройства. [25] Процесс миниатюризации механических устройств является более сложным из-за того, как изменяются структурные свойства механических деталей по мере их уменьшения в масштабе. [25] Было сказано, что так называемая Третья промышленная революция (1969 – ок. 2015) основана на экономически жизнеспособных технологиях, которые могут уменьшать трехмерные объекты. [10]

В медицинской технологии инженеры и дизайнеры изучают миниатюризацию, чтобы уменьшить компоненты до микро- и нанометрового диапазона. Меньшие устройства могут иметь более низкую стоимость, быть более портативными (например, для машин скорой помощи) и позволять проводить более простые и менее инвазивные медицинские процедуры. [26]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Motoyoshi, M. (2009). "Through-Silicon Via (TSV)" (PDF) . Труды IEEE . 97 (1): 43–48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN  0018-9219. S2CID  29105721. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-07-19.
  2. ^ "Tortoise of Transistors Wins the Race - CHM Revolution". Музей истории компьютеров . Получено 22 июля 2019 г.
  3. ^ ab Colinge, Jean-Pierre; Colinge, CA (2005). Физика полупроводниковых приборов. Springer Science & Business Media . стр. 165. ISBN 9780387285238.
  4. ^ Сиозиос, Костас; Анагностос, Димитриос; Судрис, Димитриос; Косматопулос, Элиас (2018). Интернет вещей для интеллектуальных сетей: проблемы проектирования и парадигмы. Спрингер. п. 167. ИСБН 9783030036409.
  5. ^ ab "Транзисторы поддерживают закон Мура". EETimes . 12 декабря 2018 г. Получено 18 июля 2019 г.
  6. ^ ab "Cramming more components into integrated circuits" (PDF) . Electronics Magazine . 1965. стр. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 18 февраля 2008 г. . Получено 11 ноября 2006 г. .
  7. ^ ab "Выдержки из беседы с Гордоном Муром: закон Мура" (PDF) . Корпорация Intel . 2005. стр. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2012 г. . Получено 2 мая 2006 г. .
  8. ^ Шридхаран, К.; Пуди, Викрамкумар (2015). Проектирование арифметических схем в нанотехнологиях клеточных автоматов на основе квантовых точек. Springer. стр. 1. ISBN 9783319166889.
  9. ^ ab Sharma, Karl (2010). Наноструктурные операции в наномасштабной науке и технике . Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies Inc., стр. 16. ISBN 9780071626095.
  10. ^ ab Ghosh, Amitabha; Corves, Burkhard (2015). Введение в микромеханизмы и микроактюаторы . Гейдельберг: Springer. стр. 32. ISBN 9788132221432.
  11. ^ Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (01.09.2007). «Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)». Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
  12. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  13. ^ KAHNG, D. (1961). «Устройство на основе поверхности кремния-диоксида кремния». Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  14. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  15. ^ Лигенца, Дж. Р.; Спитцер, В. Г. (1960). «Механизмы окисления кремния в паре и кислороде». Журнал физики и химии твердого тела . 14 : 131–136. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5.
  16. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media . стр. 120. ISBN 9783540342588.
  17. ^ Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке. John Wiley & Sons . С. 165–167. ISBN 9780470508923.
  18. ^ «Кто изобрел транзистор?». Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 г. Получено 20 июля 2019 г.
  19. ^ ab Брок, Дэвид; Мур, Гордон (2006). Понимание закона Мура: Четыре десятилетия инноваций . Филадельфия, Пенсильвания: Chemical Heritage Press. стр. 26. ISBN 0941901416.
  20. ^ Голио, Майк; Голио, Джанет (2018). Пассивные и активные технологии в области радиочастот и СВЧ. CRC Press . С. 18–5. ISBN 9781420006728.
  21. ^ abc Guston, David (2010). Энциклопедия нанонауки и общества . Thousand Oaks, CA: SAGE Publications. стр. 440. ISBN 9781412969871.
  22. ^ Макменамин, Адриан (15 апреля 2013 г.). "Конец масштабирования Деннарда" . Получено 23 января 2014 г.
  23. ^ Streetman, Ben G.; Banerjee, Sanjay Kumar (2016). Твердотельные электронные приборы . Бостон: Pearson. стр. 341. ISBN 978-1-292-06055-2. OCLC  908999844.
  24. ^ Джа, BB; Галгали, РК; Мишра, Вибхути (2004). Футуристические материалы . Нью-Дели: союзные издатели. п. 55. ИСБН 8177646168.
  25. ^ ab Van Riper, A. Bowdoin (2002). Наука в популярной культуре: справочное руководство . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Publishing Group. стр. 193. ISBN 0313318220.
  26. ^ "Микроформовка и миниатюризация в медицинской технике". Micro Systems . 17 мая 2023 г. Получено 18 мая 2023 г.

Внешние ссылки