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小型化（英: miniaturization）とは、より小型の機械、光学、電子製品やデバイスを製造する傾向のことである。例としては、携帯電話、コンピュータ、自動車エンジンの小型化などが挙げられる。エレクトロニクス分野では、シリコンMOSFET（MOSトランジスタ）[1] [2] [3]の指数関数的なスケーリングと小型化により、集積回路チップ上のトランジスタの数は2年ごとに倍増し、[4] [5]ムーアの法則として知られる観察結果となっている。[6] [7]これにより、マイクロプロセッサやメモリチップなどのMOS集積回路は、トランジスタ密度の増加、パフォーマンスの高速化、消費電力の低減を実現し、電子機器の小型化が可能になる。[8] [3]
電子回路
小型化の歴史は、スイッチングデバイスの連続に基づく情報技術の歴史と関連しており、スイッチングデバイスはそれぞれ、以前のものよりも小型で高速で安価になっています。 [9]第二次産業革命（ 1870年頃 ～1914年）と呼ばれる期間、小型化は情報の操作に使用される2次元電子回路に限定されていました。[10]この方向性は、最初の汎用コンピューターでの真空管の使用に示されています。この技術は、1950年代にトランジスタの開発に取って代わられ、その後、集積回路（IC）アプローチが続きました。[9]
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MOSFETは1955年から1960年にかけてベル研究所で発明されました。[11] [12] [13] [14] [15] [16]これは、高いスケーラビリティ[1]と低消費電力によりトランジスタ密度が増加したため、幅広い用途向けに小型化および大量生産できる最初の真にコンパクトなトランジスタでした。[17]これにより、高密度のICチップを構築することができ、[18] 、トランジスタ密度の増加に伴いトランジスタあたりのコストが削減されました。[19]
1960年代初頭、後にインテルを設立するゴードン・ムーアは、MOSFETデバイスの理想的な電気的特性とスケーリング特性が、集積度の急速な向上と電子アプリケーションの比類ない成長につながることを認識していました。[20]彼が1965年に説明し、後に彼の名にちなんで名付けられたムーアの法則[21]は、最小の部品コストでIC上のトランジスタの数が18か月ごとに倍増することを予測していました。 [矛盾] [6] [7] 1974年、IBMのロバート・H・デナードは、MOSFETの急速なスケーリング技術を認識し、関連するデナードのスケーリングルールを定式化しました。[22] [23]ムーアは、1975年の国際電子デバイス会議で小型化の進展について説明し、以前の予測を確認しました。[19]
2004年までに、エレクトロニクス企業は、130ナノメートル（nm）という小さな特徴を持つスイッチングMOSFETを備えたシリコンICチップを生産しており、ナノテクノロジーイニシアチブを通じて数ナノメートルサイズのチップの開発も進行中でした。[24]焦点は、コンポーネントを小型化して単一のウェーハに統合できる数を増やすことであり、これには、ウェーハサイズの拡大、チップの回路間の高度な金属接続の開発、フォトリソグラフィープロセスのマスク（フォトレジスト）に使用されるポリマーの改良など、重要なイノベーションが必要でした。[21]これら最後の2つは、小型化がナノメートルの範囲に移行した領域です。[21]
その他の分野
小型化は過去50年間のトレンドとなり、電子機器だけでなく機械装置にも適用されるようになりました。[25]機械装置の小型化プロセスは、機械部品の構造特性がスケールの縮小に伴って変化するため、より複雑になっています。[25]いわゆる第三次産業革命（1969年～2015年頃）は、三次元物体を縮小できる経済的に実行可能な技術に基づいていると言われています。[10]
医療技術の分野では、エンジニアや設計者は部品をマイクロメートルやナノメートルの範囲に縮小する小型化を研究してきました。デバイスが小型化すればコストが下がり、より持ち運びやすくなり（救急車など）、よりシンプルで侵襲性の低い医療処置が可能になります。[26]
参照
参考文献
- ^ ab Motoyoshi, M. (2009). 「Through-Silicon Via (TSV)」（PDF） . Proceedings of the IEEE . 97 (1): 43–48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN 0018-9219. S2CID 29105721. 2019-07-19にオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^ 「トランジスタの亀がレースに勝つ - CHM革命」。コンピュータ歴史博物館。 2019年7月22日閲覧。
- ^ ab コリンジュ、ジャン＝ピエール; コリンジュ、CA (2005)。半導体デバイスの物理学。Springer Science & Business Media。p . 165。ISBN 9780387285238。
- ^ シオジオス、コスタス;アナグノストス、ディミトリオス。スードリス、ディミトリオス。コスマトポロス、エリアス（2018）。スマート グリッド向け IoT: 設計の課題とパラダイム。スプリンガー。 p. 167.ISBN 9783030036409。
- ^ ab 「トランジスタがムーアの法則を維持」EETimes 2018年12月12日2019年7月18日閲覧。
- ^ ab 「集積回路にさらに多くのコンポーネントを詰め込む」(PDF)。Electronics Magazine 。 1965 年、p. 4。 2008 年 2 月 18 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2006 年11 月 11 日閲覧。
- ^ ab 「ゴードン・ムーアとの対話：ムーアの法則からの抜粋」（PDF）。インテルコーポレーション。2005年、p. 1。 2012年10月29日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2006年5月2日閲覧。
- ^ Sridharan, K.; Pudi, Vikramkumar (2015). 量子ドットセルオートマトンナノテクノロジーにおける演算回路の設計。Springer。p. 1. ISBN 9783319166889。
- ^ ab Sharma, Karl (2010). Nanostructureding operations in Nanoscale Science and Engineering . ニューヨーク: McGraw-Hill Companies Inc. pp. 16. ISBN 9780071626095。
- ^ ab Ghosh, Amitabha; Corves, Burkhard (2015).マイクロメカニズムとマイクロアクチュエータ入門. ハイデルベルグ: Springer. p. 32. ISBN 9788132221432。
- ^ ハフ、ハワード、リオーダン、マイケル (2007-09-01)。「フロッシュとデリック：50年後（序文）」。電気化学協会インターフェース。16 (3): 29。doi :10.1149/2.F02073IF。ISSN 1064-8208 。
- ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). 「シリコンの拡散時の表面保護と選択的マスキング」.電気化学協会誌. 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
- ^ KAHNG, D. (1961). 「シリコン-二酸化シリコン表面デバイス」.ベル研究所技術メモ: 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5。
- ^ Lojek, Bo (2007).半導体工学の歴史. ベルリン、ハイデルベルク: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. p. 321. ISBN 978-3-540-34258-8。
- ^ Ligenza, JR; Spitzer, WG (1960). 「蒸気と酸素中でのシリコン酸化のメカニズム」. Journal of Physics and Chemistry of Solids . 14 : 131–136. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5.
- ^ Lojek, Bo (2007).半導体工学の歴史. Springer Science & Business Media . p. 120. ISBN 9783540342588。
- ^ モスコウィッツ、サンフォード L. (2016)。先端材料イノベーション：21世紀のグローバルテクノロジーの管理。ジョン・ワイリー＆サンズ。pp. 165–167。ISBN 9780470508923。
- ^ 「トランジスタを発明したのは誰か?」コンピュータ歴史博物館2013年12月4日。 2019年7月20日閲覧。
- ^ ab ブロック、デイビッド、ムーア、ゴードン（2006年）。ムーアの法則を理解する：イノベーションの40年。フィラデルフィア、ペンシルバニア州：ケミカルヘリテージプレス。p. 26。ISBN 0941901416。
- ^ ゴリオ、マイク、ゴリオ、ジャネット（2018）。RFおよびマイクロ波パッシブおよびアクティブテクノロジー。CRCプレス。pp.18〜5。ISBN 9781420006728。
- ^ abc ガストン、デイビッド（2010）。ナノサイエンスと社会百科事典。サウザンドオークス、カリフォルニア州：SAGE出版。p.440。ISBN 9781412969871。
- ^ McMenamin, Adrian (2013 年 4 月 15 日). 「The end of Dennard scaling」 . 2014 年1 月 23 日閲覧。
- ^ ストリートマン、ベン・G.、バネルジー、サンジェイ・クマール（2016年）。固体電子デバイス。ボストン：ピアソン。p.341。ISBN 978-1-292-06055-2. OCLC 908999844.
- ^ ジャー、BB;ガルガリ、RK;ミスラ、ヴィブティ (2004)。未来的な素材。ニューデリー: アライドパブリッシャーズ。 p. 55.ISBN 8177646168。
- ^ ab Van Riper, A. Bowdoin (2002).大衆文化における科学: リファレンスガイド. ウェストポート、コネチカット州: Greenwood Publishing Group. pp. 193. ISBN 0313318220。
- ^ 「医療技術におけるマイクロ成形と小型化」Micro Systems . 2023年5月17日. 2023年5月18日閲覧。
外部リンク
- 小型化 – 用語集の定義