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微型化

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微型化（miniaturisation）是製造越來越小的機械、光學和電子產品與器件的趨勢。例子包括行動電話、計算機和汽車發動機小型化（英語：Engine downsizing）。在電子學領域，矽基金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）的指數級縮放與微型化[1][2][3]導致集成電路晶片上的電晶體數量每兩年翻倍的現象，[4][5]這一觀察被稱為摩爾定律。[6][7]由此產生的MOS集成電路，如微處理器和存儲器晶片，具有更高的電晶體密度、更快的性能與更低的功耗，從而推動了電子設備的小型化。[8][3]

電子電路

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微型化的歷史與信息技術的發展密切相關。信息技術的發展是由一代代開關器件驅動的，每一代器件都比上一代體積更小、速度更快、成本更低。[9]所謂的「第二次工業革命」（約1870-1914年）期間，微型化主要局限於用於信息處理的二維電子電路。[10]這一點可以從早期通用計算機中使用的真空管看出。1950年代出現了電晶體，隨後發展出集成電路（IC）方法。[9]

1963年展示的一台微型電視裝置

MOSFET大約在1955至1960年間於貝爾實驗室發明。[11][12][13][14][15][16]它是首個真正緊湊且可量產的電晶體，適用於廣泛用途。[17]由於MOSFET具備良好的可擴展性和低功耗，它使電晶體密度不斷提高成為可能，[1][5]並推動了高密度集成電路晶片的發展，[18]從而隨著電晶體密度增加而降低了每個電晶體的成本。[19]

20世紀60年代早期，後來創辦英特爾的高登·摩爾注意到MOSFET器件的電學與可縮放特性會引發集成度的快速上升和電子應用的爆炸式增長。[20]摩爾在1965年提出的「摩爾定律」預測，[21]出於最小元件成本的考慮，集成電路上的電晶體數量會每18個月翻一番（也有表述為每24個月）。[6][7]1974年，IBM的羅伯特·丹納德提出了與快速MOSFET縮放相關的登納德縮放定律。[22][23]摩爾在1975年的國際電子元件會議上回顧並確認了微型化的發展。[19]

到2004年，電子公司已能製造出特徵尺寸小至130納米的矽基MOSFET開關，並且通過納米技術研發尺寸僅數納米的晶片。微型化的目標是讓更多元件集成到單片晶圓上，這要求若干關鍵創新，包括增大晶圓尺寸、開發晶片電路之間更複雜的金屬互連，以及改進用於光刻工藝中的掩膜用聚合物（光刻膠）。[24]後兩項創新使微型化進入了納米級別。[21]

其他領域

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過去五十年裡，微型化成為一種趨勢，不再僅限於電子器件，也擴展到機械設備。[25]將機械零件縮小的過程更為複雜，因其結構性能在尺度縮小時會發生變化。[25]有人認為所謂的「第三次工業革命」（1969-約2015年）基於經濟可行的技術，這些技術能將三維物體縮小。[10]

在醫療技術領域，工程師和設計師一直在探索將組件縮小到微米和納米量級。更小的設備可降低成本、更便於攜帶（例如用於救護車），並能簡化手術程序，使之更少侵入性。[26]

相關

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參考

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  3. ^ 3.0 3.1 Colinge, Jean-Pierre; Colinge, C. A. Physics of Semiconductor Devices. Springer Science & Business Media. 2005: 165. ISBN 9780387285238. 
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