Miniaturización

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) conducen a que el número de transistores en un chip de circuito integrado se duplique cada dos años, una observación conocida como ley de Moore. 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 dispositivos electrónicos.

Historia

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 más pequeño, más rápido y más barato que su predecesor. Durante el período denominado Segunda Revolución Industrial, la miniaturización se limitó a los circuitos electrónicos bidimensionales utilizados para la manipulación de información. 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 se desarrolló el enfoque de circuito integrado (CI).

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. Fue el primer transistor verdaderamente compacto que podía ser miniaturizado y producido en masa para una amplia gama de usos, debido a su alta escalabilidad y bajo consumo de energía, lo que lleva a una mayor densidad de transistores. Esto hizo posible construir chips CI de alta densidad, lo que permitió lo que más tarde se conocería como la ley de Moore.

A principios de la década de 1960, Gordon E. 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. La ley de Moore, descrita por Gordon Moore en 1965 y que más tarde recibió su nombre, predijo que el número de transistores en un circuito integrado con un coste mínimo de componentes se duplica cada 18 meses.

En 1974, Robert H. Dennard de IBM reconoció la tecnología de escalado rápido de MOSFET y formuló la regla de escalamiento de Dennard relacionada. Desde entonces, el escalado y la miniaturización de MOSFET han sido la fuerza impulsora clave detrás de la ley de Moore. Esto permite construir circuitos integrados como microprocesadores y chips de memoria en tamaños más pequeños y con mayor densidad de transistores.

Moore describió el desarrollo de la miniaturización en 1975 durante la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos, donde confirmó su predicción anterior de que los circuitos integrados de silicio dominarían la electrónica, subrayando que durante ese período dichos circuitos ya eran dispositivos de alto rendimiento y comenzaban a ser más baratos.. Esto fue posible gracias a un proceso de fabricación fiable, que implicaba la fabricación en un proceso por lotes. Empleó pasos de procesamiento fotolitográfico, mecánico y químico para crear múltiples transistores en una sola oblea de silicio. La medida de este proceso era su rendimiento, que es la proporción entre dispositivos en funcionamiento y aquellos con defectos y, dado un rendimiento satisfactorio, un transistor más pequeño significa que puede haber más en una sola oblea, lo que hace que cada uno sea más barato de producir.

Desarrollo

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. En 2004, las empresas electrónicas estaban produciendo chips de circuitos integrados de silicio con transistores MOS de conmutación que tenían un tamaño tan pequeño como 130 nanómetros (nm) y también estaba en marcha el desarrollo de chips de sólo unos pocos nanómetros de tamaño a través de la iniciativa de nanotecnología. 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 en la Polímeros utilizados para máscaras (fotorresistentes) en los procesos de fotolitografía. Estas dos últimas son las áreas donde la miniaturización se ha movido hacia el rango nanométrico.

La miniaturización en la electrónica está avanzando rápidamente debido a la relativa facilidad para miniaturizar dispositivos eléctricos. El proceso de los dispositivos mecánicos, por otro lado, es más complejo debido a la forma en que cambian las propiedades estructurales de sus piezas a medida que se contraen. Se dice que la llamada Tercera Revolución Industrial se basa en tecnologías económicamente viables que pueden encoger objetos tridimensionales.

En tecnología médica, durante los últimos 50 años, ingenieros y diseñadores han estado explorando la miniaturización para reducir los componentes a dimensiones más pequeñas dentro del rango micro y pasar al rango nanométrico. La miniaturización en tecnología médica aporta beneficios en dispositivos de menor tamaño, menor costo (menos requisitos de almacenamiento y transporte, procedimiento más simple) y más conveniencia (procedimiento menos invasivo, tratamientos en el hogar, etc.).