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微型化

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微型化（miniaturisation）是制造越来越小的机械、光学和电子产品与器件的趋势。例子包括移动电话、计算机和汽车发动机小型化（英语：Engine downsizing）。在电子学领域，硅基金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）的指数级缩放与微型化[1][2][3]导致集成电路芯片上的晶體管數量每两年翻倍的现象，[4][5]这一观察被称为摩尔定律。[6][7]由此产生的MOS集成电路，如微处理器和存储器芯片，具有更高的晶体管密度、更快的性能与更低的功耗，从而推动了电子设备的小型化。[8][3]

电子电路

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微型化的历史与信息技术的发展密切相关。信息技术的发展是由一代代开关器件驱动的，每一代器件都比上一代体积更小、速度更快、成本更低。[9]所谓的“第二次工业革命”（约1870-1914年）期间，微型化主要局限于用于信息处理的二维电子电路。[10]这一点可以从早期通用计算机中使用的真空管看出。1950年代出现了晶体管，随后发展出集成电路（IC）方法。[9]

1963年展示的一台微型电视装置

MOSFET大约在1955至1960年间于贝尔实验室发明。[11][12][13][14][15][16]它是首个真正紧凑且可量产的晶体管，适用于广泛用途。[17]由于MOSFET具备良好的可扩展性和低功耗，它使晶体管密度不断提高成为可能，[1][5]并推动了高密度集成电路芯片的发展，[18]从而随着晶体管密度增加而降低了每个晶体管的成本。[19]

20世纪60年代早期，后来创办英特尔的高登·摩爾注意到MOSFET器件的电学与可缩放特性会引发集成度的快速上升和电子应用的爆炸式增长。[20]摩尔在1965年提出的“摩尔定律”预测，[21]出于最小元件成本的考虑，集成电路上的晶体管数量会每18个月翻一番（也有表述为每24个月）。[6][7]1974年，IBM的羅伯特·丹納德提出了与快速MOSFET缩放相关的登纳德缩放定律。[22][23]摩尔在1975年的國際電子元件會議上回顾并确认了微型化的发展。[19]

到2004年，电子公司已能制造出特征尺寸小至130纳米的硅基MOSFET开关，并且通过纳米技术研发尺寸仅数纳米的芯片。微型化的目标是让更多元件集成到单片晶圆上，这要求若干关键创新，包括增大晶圆尺寸、开发芯片电路之间更复杂的金属互连，以及改进用于光刻工艺中的掩膜用聚合物（光刻胶）。[24]后两项创新使微型化进入了纳米级别。[21]

其他领域

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过去五十年里，微型化成为一种趋势，不再仅限于电子器件，也扩展到机械设备。[25]将机械零件缩小的过程更为复杂，因其结构性能在尺度缩小时会发生变化。[25]有人认为所谓的“第三次工业革命”（1969-约2015年）基于经济可行的技术，这些技术能将三维物体缩小。[10]

在医疗技术领域，工程师和设计师一直在探索将组件缩小到微米和纳米量级。更小的设备可降低成本、更便于携带（例如用于救护车），并能简化手术程序，使之更少侵入性。[26]

相关

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参考

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