Miniaturización ( Br.Eng.: miniaturización ) es la tendencia a fabricar productos y dispositivos mecánicos, ópticos y electrónicos cada vez más pequeños. Los ejemplos incluyen la miniaturización de teléfonos móviles , computadoras y la reducción del tamaño de los motores de los vehículos . En electrónica , el escalado exponencial y la miniaturización de los MOSFET de silicio (transistores MOS) [1] [2] [3] lleva a que el número de transistores en un chip de circuito integrado se duplique cada dos años, [4] [5] una observación conocida como Ley de Moore . [6] [7] Esto lleva a que los circuitos integrados MOS , como microprocesadores y chips de memoria, se construyan con una densidad de transistores cada vez mayor , un rendimiento más rápido y un menor consumo de energía , lo que permite la miniaturización de los dispositivos electrónicos . [8] [3]
La historia de la miniaturización está asociada a la historia de la tecnología de la información basada en la sucesión de dispositivos de conmutación, cada uno de ellos más pequeño, más rápido y más barato que su predecesor. [9] Durante el período denominado Segunda Revolución Industrial ( c. 1870-1914 ), la miniaturización se limitó a los circuitos electrónicos bidimensionales utilizados para la manipulación de información. [10] Esta orientación se demuestra en el uso de tubos de vacío en las primeras computadoras de uso general. La tecnología dio paso al desarrollo de transistores en la década de 1950 y luego al enfoque de circuito integrado (CI) que siguió. [9]
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El MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico, o transistor MOS) fue inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959 y demostrado en 1960. [11] Fue el primer transistor verdaderamente compacto que podía ser miniaturizado y producido en masa para una amplia gama de usos, [12] debido a su alta escalabilidad [1] y bajo consumo de energía , lo que lleva a una mayor densidad de transistores . [5] Esto hizo posible construir chips IC de alta densidad , [13] con un costo reducido por transistor a medida que aumentaba la densidad del transistor. [14]
A principios de la década de 1960, Gordon Moore , quien más tarde fundó Intel , reconoció que las características eléctricas y de escalamiento ideales de los dispositivos MOSFET conducirían a niveles de integración rápidamente crecientes y a un crecimiento sin precedentes en las aplicaciones electrónicas . [15] La ley de Moore , que describió en 1965 y que más tarde recibió su nombre, [16] predijo que el número de transistores en un circuito integrado con un coste mínimo de componente se duplicaría cada 18 meses. [ contradictorio ] [6] [7] En 1974, Robert H. Dennard de IBM reconoció la tecnología de escalado rápido de MOSFET y formuló la regla de escalamiento de Dennard relacionada . [17] [18] Moore describió el desarrollo de la miniaturización durante la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos de 1975 , confirmando sus predicciones anteriores. [14]
En 2004, las empresas de electrónica producían chips CI de silicio con MOSFET de conmutación que tenían un tamaño tan pequeño como 130 nanómetros (nm) y también estaba en marcha el desarrollo de chips de unos pocos nanómetros de tamaño a través de la iniciativa de nanotecnología . [19] El objetivo es hacer componentes más pequeños para aumentar el número que se puede integrar en una sola oblea y esto requirió innovaciones críticas, que incluyen el aumento del tamaño de la oblea, el desarrollo de conexiones metálicas sofisticadas entre los circuitos del chip y la mejora de los polímeros. Utilizado para máscaras ( fotorresistentes ) en los procesos de fotolitografía . [16] Estas dos últimas son las áreas donde la miniaturización se ha movido hacia el rango nanométrico. [dieciséis]
La miniaturización se convirtió en una tendencia en los últimos cincuenta años y llegó a abarcar no sólo los dispositivos electrónicos sino también los mecánicos. [20] El proceso para miniaturizar dispositivos mecánicos es más complejo debido a la forma en que las propiedades estructurales de las piezas mecánicas cambian a medida que se reducen en escala. [20] Se ha dicho que la llamada Tercera Revolución Industrial (1969 – c. 2015) se basa en tecnologías económicamente viables que pueden encoger objetos tridimensionales. [10]
En tecnología médica , ingenieros y diseñadores han estado explorando la miniaturización para reducir los componentes al rango micro y nanométrico. Los dispositivos más pequeños pueden tener un costo menor, ser más portátiles (por ejemplo, para ambulancias) y permitir procedimientos médicos más simples y menos invasivos. [21]