Миниатюризация
Миниатюризация ( бр. англ .: миниатюризация ) — тенденция к производству всё меньших по размеру механических, оптических и электронных изделий и устройств. Примеры включают миниатюризацию 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 интегральной микросхеме удваивается каждые два года, [4] [5] наблюдение, известное как закон Мура . [6] [7] Это приводит к тому, что МОП-интегральные схемы, такие как микропроцессоры и микросхемы памяти, создаются с увеличенной плотностью транзисторов , более высокой производительностью и меньшим энергопотреблением , что позволяет миниатюризировать электронные устройства . [8] [3]
Электронные схемы
[ редактировать ]История миниатюризации связана с историей информационных технологий, основанных на смене коммутационных устройств, каждое из которых меньше, быстрее и дешевле своего предшественника. [9] В период, называемый Второй промышленной революцией ( ок. 1870–1914 ), миниатюризация ограничивалась двумерными электронными схемами, используемыми для манипулирования информацией. [10] Эта ориентация проявляется в использовании электронных ламп в первых компьютерах общего назначения. Эта технология уступила место разработке транзисторов в 1950-х годах, а затем и последовавшему за этим подходу к интегральным схемам (ИС). [9]
( МОП-транзистор полевой транзистор металл-оксид-полупроводник или МОП-транзистор) был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и продемонстрирован в 1960 году. [11] Это был первый по-настоящему компактный транзистор , который можно было миниатюризировать и производить серийно для широкого спектра применений. [12] благодаря высокой масштабируемости [1] и низкое энергопотребление , что приводит к увеличению плотности транзисторов . [5] Это позволило создавать микросхемы высокой плотности . [13] со снижением стоимости транзистора по мере увеличения плотности транзисторов. [14]
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 электронных приложений. [15] Закон Мура , который он описал в 1965 году и который позже был назван в его честь: [16] предсказал, что количество транзисторов в микросхеме при минимальной стоимости компонентов будет удваиваться каждые 18 месяцев. [ противоречивый ] [6] [7] В 1974 году Роберт Х. Деннард из IBM признал технологию быстрого масштабирования MOSFET и сформулировал соответствующее правило масштабирования Деннарда . [17] [18] Мур описал развитие миниатюризации во время Международной встречи по электронным устройствам 1975 года , подтвердив свои более ранние предсказания. [14]
К 2004 году компании, производящие электронику, производили кремниевые микросхемы с переключающими МОП-транзисторами, размер элементов которых составлял всего 130 нанометров инициативы также велась разработка чипов в несколько нанометров размером (нм), а в рамках нанотехнологической . [19] Основное внимание уделяется уменьшению размеров компонентов для увеличения их количества, которое можно интегрировать в одну пластину, а это потребовало важных инноваций, которые включают увеличение размера пластины, разработку сложных металлических соединений между схемами чипа и улучшение полимеров, используемых для масок. ( фоторезисты ) в процессах фотолитографии . [16] В последних двух областях миниатюризация вышла на нанометровый уровень. [16]
Другие поля
[ редактировать ]Миниатюризация стала тенденцией последних пятидесяти лет и охватила не только электронные, но и механические устройства. [20] Процесс миниатюризации механических устройств более сложен из-за того, как изменяются структурные свойства механических деталей по мере их уменьшения в масштабе. [20] Было сказано, что так называемая Третья промышленная революция (1969 – 2015 гг.) основана на экономически жизнеспособных технологиях, которые могут уменьшать трехмерные объекты. [10]
В сфере медицинских технологий инженеры и дизайнеры изучают возможность миниатюризации для уменьшения компонентов до микро- и нанометрового диапазона. Устройства меньшего размера могут иметь более низкую стоимость, быть более портативными (например, для машин скорой помощи) и позволять проводить более простые и менее инвазивные медицинские процедуры. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Мотоёси, М. (2009). «Сквозное кремниевое отверстие (TSV)» (PDF) . Труды IEEE . 97 (1): 43–48. дои : 10.1109/JPROC.2008.2007462 . ISSN 0018-9219 . S2CID 29105721 . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2019 г.
- ^ «Черепаха транзисторов побеждает в гонке — революция CHM» . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Колинг, Жан-Пьер; Колиндж, Калифорния (2005). Физика полупроводниковых приборов . Springer Science & Business Media . п. 165. ИСБН 9780387285238 .
- ^ Сиозиос, Костас; Анагностос, Димитриос; Судрис, Димитриос; Косматопулос, Элиас (2018). Интернет вещей для интеллектуальных сетей: проблемы проектирования и парадигмы . Спрингер. п. 167. ИСБН 9783030036409 .
- ^ Перейти обратно: а б «Транзисторы поддерживают закон Мура» . ЭТаймс . 12 декабря 2018 года . Проверено 18 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Втиснение большего количества компонентов в интегральные схемы» (PDF) . Журнал электроники . 1965. с. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 18 февраля 2008 года . Проверено 11 ноября 2006 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Отрывки из разговора с Гордоном Муром: Закон Мура» (PDF) . Корпорация Интел . 2005. с. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2012 года . Проверено 2 мая 2006 г.
- ^ Шридхаран, К.; Пуди, Викрамкумар (2015). Проектирование арифметических схем в клеточных автоматах с квантовыми точками. Нанотехнологии . Спрингер. п. 1. ISBN 9783319166889 .
- ^ Перейти обратно: а б Шарма, Карл (2010). Операции наноструктурирования в наномасштабной науке и технике . Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies Inc., стр. 16 . ISBN 9780071626095 .
- ^ Перейти обратно: а б Гош, Амитабха; Корвес, Буркхард (2015). Введение в микромеханизмы и микроактюаторы . Гейдельберг: Спрингер. п. 32. ISBN 9788132221432 .
- ^ «1960 - Демонстрация металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора: Джон Аталла и Давон Кан изготавливают рабочие транзисторы и демонстрируют первый успешный полевой МОП-усилитель» . Музей истории компьютеров .
- ^ Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке . Джон Уайли и сыновья . стр. 165–167. ISBN 9780470508923 .
- ^ «Кто изобрел транзистор?» . Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 года . Проверено 20 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Брок, Дэвид; Мур, Гордон (2006). Понимание закона Мура: четыре десятилетия инноваций . Филадельфия, Пенсильвания: Chemical Heritage Press. п. 26. ISBN 0941901416 .
- ^ Голио, Майк; Голио, Джанет (2018). Пассивные и активные технологии ВЧ и СВЧ . ЦРК Пресс . стр. 18–5. ISBN 9781420006728 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гастон, Дэвид (2010). Энциклопедия нанонауки и общества . Таузенд-Оукс, Калифорния: Публикации SAGE. п. 440. ИСБН 9781412969871 .
- ^ Макменамин, Адриан (15 апреля 2013 г.). «Конец масштабирования Деннарда» . Проверено 23 января 2014 г.
- ^ Стритман, Бен Г.; Банерджи, Санджай Кумар (2016). Твердотельные электронные устройства . Бостон: Пирсон. п. 341. ИСБН 978-1-292-06055-2 . OCLC 908999844 .
- ^ Джа, ББ; Галгали, РК; Мишра, Вибхути (2004). Футуристические материалы . Нью-Дели: союзные издатели. п. 55. ИСБН 8177646168 .
- ^ Перейти обратно: а б Ван Рипер, А. Боудойн (2002). Наука в массовой культуре: Справочное руководство . Вестпорт, Коннектикут: Издательская группа Greenwood. стр. 193 . ISBN 0313318220 .
- ^ «Микроформование и миниатюризация в медицинских технологиях» . Микросистемы . 17 мая 2023 г. Проверено 18 мая 2023 г.