Наследие RCA Videodisc: сканирующий емкостный микроскоп

Я люблю хорошую историю возвращения технологических инноваций, борьбы, неудачи и искупления. Изобретение сканирующего емкости микроскопа имеет все это.

В 1981 году, RCA подано Патент на SCM От имени исследователя компании Джеймс Р. Матеи. Микроскоп был непреднамеренным побочным продуктом технологии VideoDisc, которую компания изо всех сил пыталась вывести на рынок с середины 1960-х годов. RCA ожидал, что Videodisc захватит половину рынка домашнего видео, но вместо этого он проиграл в значительной степени для VHS.

RCA’s James. R. Matey изобрел сканирующий емкость микроскопа, в котором использовались датчики, каннибалированные от игроков видеодиск компании. Музей и библиотека Хагли

Несмотря на борьбу VideoDisc, основная технология держала драгоценный камень: изысканно чувствительные датчики емкости, используемые в игроках VideoDisc, были способны измерять различия в емкости по шкале AttoFarads (1 × 10^-18 пальцы).

Но прежде чем инженеры и ученые могли доверять идее Матея, они хотели, чтобы независимая оценка подтвердила точность нового микроскопа. Исследователи в Национальном институте стандартов и технологий обязывают. Начиная с начала 1990-х годов, они слишком каннибализировали датчики емкости от старых игроков видеодиск и созданные на заказ серии SCM, таких как изображенная на вершине. После проверки NIST производители микроскопа коммерциализировали SCM, производители чипов приняли их для изучения интегрированных схем, что открыло дверь для следующего поколения полупроводников.

Почему RCA Videodisc не удалось

Но ни одна история о триумфе сканирующего емкости микроскопа не была бы полной без обсуждения неудачи видеодиска. Теоретически, это должно было процветать: это был тщательно исследованный продукт, который ожидал важный потребительский рынок. Его верность воспроизведения превосходила программирование в эфире и магнитную ленту. И все же он бомбил. Почему?

Усилия VideoDisc начались в начале 1960 -х годов, когда RCA спросил себя: «Что происходит после цвета телевизора? Что будет следующей крупной системой потребительской электроники?» Компания решила, что ответ был каким -то типом системы для воспроизведения предварительно записанных фильмов и телешоу через ваше телевидение. RCA был далеко не один в преследовании этой идеи. Все разрабатываемые домашние видеосистемы включали среду хранения – FILM, магнитная лента, немагнитная лента и виниловые диски различного размера и композиции – и устройство для воспроизведения аудио и видео в высоком разрешении. В дополнение к магнитным методам, информация может храниться с использованием электромеханических, фотографических, электронных или оптических технологий.

Видеодиски RCA были легко повреждены пылью и отпечатками пальцев, поэтому они были загружены в игрока SelectAvision внутри пластиковых рукавов.Музей и библиотека Хагли

К 1964 году RCA обосновался на Videodiscs. Как альбом записей (который компания впервые разработала), VideoDisc представлял собой виниловое блюдо с рифлом, которое использует стилус для воспроизведения. В отличие от записи, VideoDisc несет как аудио, так и видео, с гораздо более высокой плотностью, а стилус был электрическим, а не механическим. (VideoDisc иногда путается с Лазердискдомашнее видео -технология той эры, которая использовала оптический лазер.)

RCA назвал свои диски емкости электронные диски. Игрок VideoDisc разразился диск 30-сантиметрового диска на постоянных 450 об / мин. Металлический стилус проследил депрессии и удары в канавке диска, зарегистрировав различия в емкости, аналогично тому, как подключение вашего пальца в контакт с сенсорным экраном вызывает обнаруживаемое изменение емкости экрана на этом этапе. Схема твердого состояния не собиралась модулированный частотно-модулированный видеосигнал, кодируемый в различиях в емкости. Эти различия были в порядке фемтофарад, и видеосигнал работал около 910 мегагерц. Чтобы получить четкое изображение, система VideoDisc требовала очень чувствительных датчиков емкости, чтобы обнаружить эти крошечные различия на высокой частоте.

К сожалению, коммерциализация заняла гораздо больше времени, чем ожидалось. В 1972 году RCA объявила, что его VideoDisc дебютирует в следующем году, но он не материализовался. Статья в Популярная наука В феврале 1977 года ожидается региональные продажи к концу этого года. Но только в марте 1981 года система RCA Selectavision, наконец, вышла на рынок. Несмотря на тяжелую рекламу, она продавалась плохо и была вытащена с полков в 1984 году. В конце концов, RCA потратил около 500 миллионов долларов США за 20 лет, чтобы развить видеодиск, и это был полный провал.

Как видеозапись победила видеодиск

Что пошло не так? Одним словом: видеозаписьПолем Магнитная лента, которую RCA отверг, оказалась большей привлекательностью потребителя. Введено в 1976 году, VHS ленты Были дешевле, имели больше названий для покупки или аренды, и, что важно, позволили владельцам записывать свои собственные программы.

Возможно, если бы VideoDisc был запущен в 1973 году, у него был шанс. Но у технологии были другие проблемы. Отпечатки пальцев, пыль и царапины торпедировали ранние дизайны, которые предполагали, что пользователи удаляют диски из рукава так же случайно, как альбомы записи; Вместо этого финальная версия держала диски, заключенные в пластиковую оболочку, которая затем была вставлена в игрока.

RCA потратил два десятилетия, разрабатывая свою домашнюю видеосистему, но в конце концов, селектуальное, потерянное для VHS и VCRS. Музей и библиотека Хагли

Другая проблема заключалась в работе. В 1977 году VideoDiscs мог содержать только около 30 минут материала на сторону. Это выросло до часа на сторону к моменту запуска продукта, но это все же означало, что любой фильм более 120 минут должен был быть распространен по нескольким дискам. Первые ленты VHS могут содержать 120 минут видео (вдвое больше, чем у его основного конкурента, Betamax). И VHS продолжал расширять это лидерство: к 1980 -м годам VHS уже давно играл (четыре часа) и расширенные игровые (шесть часов) версии, хотя и с заметными падениями качества разрешения.

Синоптики RCA также плохо прочитали экономику игроков видеодиск. Их оценка цен в 1977 году для игрока видеодиск составила 500 долларов (около 2800 долларов в сегодняшних долларах). Первые игроки VHS были гораздо дороже, от 1000 до 1400 долларов, но к середине 1980-х их цена упала до 200 до 400 долларов. Ленты VHS крупных голливудских фильмов стоят около 80 долларов, что еще больше, чем цена VideoDiscs от 10 до 18 долларов, но только несгибаемые поклонники фактически заплатили современный эквивалент около 440 долларов за покупку фильма на видеозаписи. Для всех остальных лицензировали голливудские студии для сторонних компаний по прокату. По -видимому, в одночасье независимые видео -магазины, супермаркеты и национальные сети, такие как Blockbuster, арендовали фильмы за небольшую плату. В течение короткого периода RCA Videodiscs поделился полками с помощью видеозаписей, но обычно только в независимых магазинах и никогда с таким количеством доступных названий.

Тем временем RCA изо всех сил пытался продать своих игроков VideoDisc. Компания прогнозировала возможные годовые продажи от пяти до шести миллионов игроков; Его первым годом был более скромный 200 000, и все же он продал только половину этого числа. К 1984 году RCA понял, что VideoDisc никогда не приблизится к 50 -процентным проникновению рынка, не говоря уже о прибыльности и вытащил пробку.

Рождение сканирующего емкости микроскопа

Обычно это будет конец истории, еще одно неудачное предприятие в потребительской электронике. Но когда ученые RCA впервые начали исследовать VideoDisc, не было никаких микроскопов, способных определить крошечные вариации в диске, которые закодировали аудио/видеосигнал. Угородки и депрессии были менее чем в десятом размера самой канавки; Даже самые передовые микроскопы дня не могли обнаружить особенности, которые маленькие.

Фабричный работник осматривает видеодиск RCA, который кодировал аудио и видеосигналы в канавке диска. Музей и библиотека Хагли

И так RCA Джеймс Мат Разработал и запатентовал сканирующий емкостный микроскоп (который он сократил мошенничество, но другие мудро сокращались до SCM) в качестве инструмента контроля качества для производства видеодисков. Через четыре года после первого патента RCA подал Переиздание патент с некоторыми исправлениями и улучшениями. В очень читаемой статье в марте 1985 года выпуск Журнал прикладной физики, Матеи и коллега по RCA Джозеф Блан объяснил новую технологию. SCM может обнаружить различия в топографии поверхности по порядку 0,3 нанометров по областям по порядку 0,5 квадратных микрометров. RCA задержал публикацию этой статьи, пока она не завершила операцию Videodisc, и поэтому Matey и Blanc завершили свою статью: «Мы в настоящее время находимся в процессе адаптации [the SCM] Для аналогичных применений на других образцах ». Новое использование оказалось в производстве полупроводников следующего поколения.

Полупроводниковая производительность зависит от распределения преднамеренно введенных примесей, называемых легированными пристами, которые изменяют способность материала проводить электроэнергию. В первые дни полупроводникового производства производители использовали ионную масс -спектроскопию и методику, называемую сопротивлением распространению для измерения распределения легирующей привязки в одном измерении.

Связанный: Подержанное происхождение индустрии слизи Силиконовой долины

К концу 1980 -х годов интегрированные схемы стали настолько малыми, что отрасль нужен был способ измерить легированные растения в двух измерениях. SCM, используемый в сочетании с атомным силовым микроскопом, соответствует счету. Когда проводящий наконечник атомного силового микроскопа вступил в контакт с полупроводниковой поверхностью, он создал небольшую емкость в порядке аттафарад к фемтофарадам, в зависимости от концентрации легирующей привязки. SCM измерил изменения локальной емкости и отображает распределения легирующей применения. Но технология все еще была новой и еще не имеющей коммерческой доступной, поэтому исследователи в NIST выполнили задачу ее тестирования.

В начале 1990 -х годов Джозеф Копански, Джей Маркиандо и Дэвид Бернинг начали строить серию пользовательских SCM в отделе полупроводниковой электроники NIST. Они сделали больше, чем просто воспроизводили результаты Matey и Blanc. Они также предоставили отрасли модели и программное обеспечение для извлечения двумерного распределения легирующей примеси из измерений емкости.

Проверка NIST в SCM привела к коммерческому производству инструментов, что, в свою очередь, привело к разработке более распространенных полупроводников-отрасли, которая на мировой экономике более важна, чем потребительский продукт, такой как VideoDisc. Это классическая история об искуплении в истории технологий: в начале любого нового технического проекта никто не знает, каким будет результат. Иногда вам просто нужно продолжать идти, даже благодаря крайней неудаче и поверить, что на другой стороне появится что -то хорошее.

Часть а Продолжающаяся серия Глядя на исторические артефакты, которые охватывают безграничный потенциал технологии.

Сокращенная версия этой статьи появляется в выпуске печати в октябре 2025 года, так как «Videodisc Gamble RCA окупилась в чипах».