La miniaturización ( Br.Eng.: miniaturización ) es la tendencia a fabricar productos y dispositivos mecánicos, ópticos y electrónicos cada vez más pequeños. Algunos ejemplos incluyen la miniaturización de teléfonos móviles , computadoras y la reducción del tamaño de los motores de los vehículos . En electrónica , el escalamiento exponencial y la miniaturización de los MOSFET de silicio (transistores MOS) [1] [2] [3] conduce a que el número de transistores en un chip de circuito integrado se duplique cada dos años, [4] [5] una observación conocida como la ley de Moore . [6] [7] Esto conduce a que los circuitos integrados MOS, como los microprocesadores y los 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 con la historia de la tecnología de la información basada en la sucesión de dispositivos de conmutación, cada uno más pequeño, más rápido y más barato que su predecesor. [9] Durante el período conocido como la 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 propósito general. La tecnología dio paso al desarrollo de transistores en la década de 1950 y luego al enfoque de circuito integrado (CI) que le siguió. [9]
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El MOSFET fue inventado en Bell Labs entre 1955 y 1960. [11] [12] [13] [14] [15] [16] Fue el primer transistor verdaderamente compacto que podía miniaturizarse y producirse en masa para una amplia gama de usos, [17] debido a su alta escalabilidad [1] y bajo consumo de energía , lo que llevó a aumentar la densidad de transistores . [5] Esto hizo posible construir chips IC de alta densidad , [18] con un costo por transistor reducido a medida que aumentaba la densidad de transistores. [19]
A principios de la década de 1960, Gordon Moore , quien más tarde fundó Intel , reconoció que las características eléctricas y de escalado ideales de los dispositivos MOSFET conducirían a niveles de integración en rápido aumento y un crecimiento sin precedentes en las aplicaciones electrónicas . [20] La ley de Moore , que describió en 1965, y que más tarde recibió su nombre, [21] predijo que la cantidad de transistores en un CI para un costo mínimo de componentes se duplicaría cada 18 meses. [ contradictorio ] [6] [7] En 1974, Robert H. Dennard en IBM reconoció la rápida tecnología de escalado MOSFET y formuló la regla de escalado de Dennard relacionada . [22] [23] Moore describió el desarrollo de la miniaturización durante la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos de 1975 , confirmando sus predicciones anteriores. [19]
En 2004, las empresas de electrónica estaban produciendo chips de circuitos integrados de silicio con MOSFET de conmutación que tenían un tamaño de característica tan pequeño como 130 nanómetros (nm) y también se estaba desarrollando un chip de unos pocos nanómetros de tamaño a través de la iniciativa de nanotecnología . [24] El objetivo es hacer que los componentes sean más pequeños para aumentar la cantidad 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 utilizados para las máscaras ( fotorresistencias ) en los procesos de fotolitografía . [21] Estas dos últimas son las áreas en las que la miniaturización se ha movido hacia el rango nanométrico. [21]
La miniaturización se convirtió en una tendencia en los últimos cincuenta años y llegó a cubrir no solo los dispositivos electrónicos sino también los mecánicos. [25] El proceso de miniaturización de dispositivos mecánicos es más complejo debido a la forma en que cambian las propiedades estructurales de las piezas mecánicas a medida que se reducen en escala. [25] 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 el campo de la tecnología médica , los ingenieros y diseñadores han estado explorando la miniaturización para reducir el tamaño de los componentes a micro y nanometros. 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. [26]