J’adore une bonne histoire de retour de l’innovation technologique, de la lutte, de l’échec et de la rédemption. L’invention du microscope à capacité de balayage a tout cela.
En 1981, RCA a déposé un brevet pour le SCM au nom du chercheur de l’entreprise James R. Matey. Le microscope était un sous-produit involontaire de la technologie vidéo que la société avait du mal à mettre sur le marché depuis le milieu des années 1960. RCA s’attendait à ce que le vidéodisc capture la moitié du marché de la vidéo domestique, mais il a plutôt perdu de manière importante à VHS.
James de RCA. R. Matey a inventé le microscope à la capacité de balayage, qui a utilisé des capteurs cannibalisés à partir des joueurs de vidéodisque de l’entreprise. Musée et bibliothèque Hagley
Malgré les difficultés de la vidéodisc, la technologie sous-jacente détenait un joyau: les capteurs de capacité extrêmement sensibles utilisés dans les joueurs de la vidéodisc étaient capables de mesurer les différences de capacité à l’échelle des attofarads (1 × 10-18 doigts).
Mais avant que les ingénieurs et les scientifiques ne fassent confiance à l’idée de Matey, ils voulaient une évaluation indépendante pour confirmer la précision du nouveau microscope. Les chercheurs de l’Institut national des normes et de la technologie ont obligé. À partir du début des années 1990, ils ont également cannibalisé des capteurs de capacité de vieux joueurs de vidéodisc et une série de SCMS construites sur mesure, comme celle illustrée en haut. Après la validation de la NIST, les fabricants de microscope ont commercialisé le SCM, les fabricants de puces les ont adoptés pour étudier les circuits intégrés, ouvrant ainsi la porte à la prochaine génération de semi-conducteurs.
Pourquoi la vidéodisc RCA a échoué
Mais aucune histoire sur le triomphe du microscope à la capacité de balayage ne serait complète sans une discussion sur l’échec du vidéodisque. En théorie, il aurait dû prospérer: il s’agissait d’un produit approfondi qui prévoyait un marché de consommation important. Sa fidélité de lecture était supérieure à la programmation en direct et à la bande magnétique. Et pourtant, il a bombardé. Pourquoi?
L’effort de vidéodisc avait commencé au début des années 1960, lorsque RCA s’est demandé: «Qu’est-ce qui vient après la télévision couleur? Quel sera le prochain grand système électronique grand public?» La société a décidé que la réponse était un type de système pour jouer des films et des émissions de télévision préenregistrés via votre téléviseur. RCA était loin d’être seul à poursuivre cette idée. Tous les systèmes vidéo domestiques en cours de développement comprenaient un support de stockage – un filme, du ruban magnétique, du ruban non magnétique et des disques vinyles de taille et de composition différentes – et un appareil pour lire l’audio et la vidéo en haute résolution. En plus des méthodes magnétiques, les informations pourraient être stockées à l’aide de technologies électromécaniques, photographiques, à faisceau électronique ou optiques.
Les vidéoscs RCA ont été facilement endommagées par la poussière et les empreintes digitales, ils ont donc été chargés dans le lecteur SelectAVision à l’intérieur des manches en plastique.Musée et bibliothèque Hagley
En 1964, RCA s’était installé sur des vidéocondes. Comme un album de disques (que l’entreprise avait pionnière), un vidéodisc était un plateau de vinyle grooved qui utilise un stylet pour la lecture. Contrairement à un enregistrement, la vidéodisc portait à la fois l’audio et la vidéo, à une densité beaucoup plus élevée, et le stylet était électrique au lieu de mécanique. (La vidéodisc est parfois confondue avec le laserdisc, une technologie vidéo domestique de cette époque qui a utilisé un laser optique.)
RCA a appelé ses disques de disques électroniques à capacité. Le lecteur de vidéodisc a filé le disque de 30 centimètres à 450 tr / min constante. Un stylet métallique a tracé les dépressions et les bosses dans la rainure du disque en enregistrant les différences de capacité, similaire à la façon dont la mise en contact de votre doigt avec un écran tactile provoque un changement détectable dans la capacité de l’écran à ce stade. Les circuits à l’état solide ont détruit le signal vidéo modulé par fréquence codé dans les différences de capacité. Ces différences étaient de l’ordre des Femtofarads, et le signal vidéo s’est déroulé à environ 910 mégahertz. Pour obtenir une image claire, le système de vidéodisc a nécessité des capteurs de capacité très sensibles pour détecter ces minuscules différences à haute fréquence.
Malheureusement, la commercialisation a pris beaucoup plus de temps que prévu. En 1972, RCA a annoncé que son vidéodisc ferait ses débuts l’année suivante, mais il ne s’est pas concrétisé. Un article dans Science populaire En février 1977, a prévu des ventes régionales d’ici la fin de la même année. Mais ce n’est qu’en mars 1981 que le système RCA Selectavision a finalement frappé le marché. Malgré une forte promotion, il s’est mal vendu et a été retiré des étagères en 1984. En fin de compte, RCA a coulé environ 500 millions de dollars sur 20 ans pour développer la vidéodisc, et c’était un flop total.
Comment la bande vidéo a vaincu la vidéodisc
Qu’est-ce qui ne va pas? En un mot: vidéo. La bande magnétique, que RCA avait rejetée, s’est avérée avoir une plus grande attrait des consommateurs. Introduit en 1976, les enregistrements VHS étaient moins chers, avaient plus de titres disponibles à l’achat ou au loyer et, surtout, ont permis aux propriétaires d’enregistrer leurs propres programmes.
Peut-être que si le vidéodisc avait lancé en 1973, cela aurait pu avoir une chance. Mais la technologie a eu d’autres problèmes. Les empreintes digitales, la poussière et les rayures ont torpillé les premiers modèles qui envisageaient les utilisateurs enlevant les disques des manches aussi désinvoltes que les albums record; Au lieu de cela, la version finale a gardé les disques enfermés dans une coquille en plastique qui a ensuite été insérée dans le joueur.
RCA a passé deux décennies à développer son système vidéo domestique, mais à la fin, le SelectAVision a perdu contre les VH et les magnétoscopes. Musée et bibliothèque Hagley
Un autre problème a été le temps d’exécution. En 1977, les vidéoscs ne pouvaient contenir qu’environ 30 minutes de matériel par côté. Cela a atteint une heure de chaque côté au moment du lancement du produit, mais cela signifiait toujours que tout film de plus de 120 minutes devrait être réparti sur plusieurs disques. Les premières bandes VHS pourraient contenir 120 minutes de vidéo (double de celle de son concurrent de bande principale, Betamax). Et VHS a continué à étendre cette avance: dans les années 80, VHS avait un jeu long (quatre heures) et des versions de jeu prolongées (six heures), bien qu’avec des baisses notables de la qualité de la résolution.
Les prévisionnistes de RCA ont également mal lu l’économie des joueurs de vidéodisque. Leur estimation des prix de 1977 pour un joueur de vidéodisc était de 500 $ (environ 2 800 $ en dollars d’aujourd’hui). Les premiers joueurs VHS étaient beaucoup plus chers, allant de 1 000 $ à 1 400 $, mais au milieu des années 80, leur prix était tombé à 200 $ à 400 $. Les enregistrements VHS des principaux films hollywoodiens coûtent environ 80 $ – un peu plus que le prix de 10 $ à 18 $ – mais seuls les fans purs et durs ont en fait payé l’équivalent moderne d’environ 440 $ pour acheter un film sur vidéo. Pour tout le monde, les Studios Hollywood ont concédé des titres à des sociétés de location tierces. Apparemment du jour au lendemain, des magasins de vidéos indépendants, des supermarchés et des chaînes nationales comme Blockbuster louaient des films pour une somme modique. Pendant une brève période, RCA VideoDiscs a partagé les étagères avec des bandes vidéo, mais généralement uniquement dans les magasins indépendants et jamais avec autant de titres disponibles.
Pendant ce temps, RCA a eu du mal à vendre ses joueurs de vidéodisque. L’entreprise avait prévu d’éventuelles ventes annuelles de cinq à six millions de joueurs; Son objectif de première année était plus modeste de 200 000, et pourtant il n’a vendu que la moitié de ce nombre. En 1984, RCA s’est rendu compte que la vidéodisque n’aurait jamais de pénétration du marché près de 50%, sans parler de la rentabilité et a tiré la prise.
Naissance du microscope à capacité de balayage
Normalement, ce serait la fin de l’histoire, une autre entreprise ratée dans l’électronique grand public. Mais à l’époque où les scientifiques de l’ARC ont commencé à rechercher la vidéodisque, il n’y avait pas de microscopes capables d’identifier les minuscules variations du disque qui codaient le signal audio / vidéo. Les bosses et les dépressions étaient inférieures à un dixième de la taille de la rainure elle-même; Même les microscopes les plus avancés de la journée ne pouvaient pas détecter des caractéristiques aussi petites.
Un travailleur d’usine inspecte un vidéodisc RCA, qui a codé les signaux audio et vidéo dans le groove du disque. Musée et bibliothèque Hagley
Et donc James Matey de RCA a développé et breveté le microscope à capacité de balayage (qu’il a abrégé l’escroquerie, mais d’autres ont sagement raccourci en SCM) comme un outil de contrôle de la qualité pour fabriquer les vidéocondes. Quatre ans après le premier brevet, RCA a déposé un brevet de réédition avec certaines corrections et améliorations. Dans un article très lisible dans le numéro de mars 1985 Journal of Applied Physics, Matey et son collègue chercheur de RCA, Joseph Blanc, ont expliqué la nouvelle technologie. Le SCM pourrait détecter les variations de la topographie de surface de l’ordre de 0,3 nanomètres sur les zones de l’ordre de 0,5 micromètre carré. RCA a retardé la publication de ce document jusqu’à ce qu’elle ait fermé l’opération vidéo, et donc Matey et Blanc ont conclu leur article: «Nous sommes actuellement en train d’adapter [the SCM] pour des utilisations similaires sur d’autres échantillons. » La nouvelle utilisation s’est avérée être dans la fabrication de la prochaine génération de semi-conducteurs.
Les performances des semi-conducteurs dépendent de la distribution des impuretés intentionnellement introduites, appelées dopants, qui modifient la capacité du matériau à conduire l’électricité. Au début de la production de semi-conducteurs, les fabricants ont utilisé la spectroscopie de masse ionique et une technique appelée résistance à la propagation pour mesurer la distribution du dopant dans une dimension.
À la fin des années 1980, les circuits intégrés étaient devenus si petits que l’industrie avait besoin d’un moyen de mesurer les dopants en deux dimensions. Le SCM, utilisé en conjonction avec un microscope à force atomique, ajuste la facture. Lorsque la pointe conductrice du microscope à force atomique est entrée en contact avec une surface semi-conductrice, elle a créé une petite capacité, de l’ordre des attofarades aux fémtofarads, selon la concentration de dopant. Le SCM a mesuré les changements de la capacité locale et a cartographié les distributions de dopant. Mais la technologie était encore nouvelle et pas encore disponible dans le commerce, donc les chercheurs de NIST ont pris la tâche de le tester.
Au début des années 1990, Joseph Kopanski, Jay Marchiando et David Berning ont commencé à construire une série de SCMS personnalisés à la division électronique des semi-conducteurs NIST. Ils ont fait plus que de reproduire les résultats de Matey et Blanc. Ils ont également fourni à l’industrie des modèles et des logiciels pour extraire la distribution des dopants bidimensionnels à partir des mesures de capacité.
La validation du SCM par le NIST a conduit à la production commerciale des instruments, ce qui a conduit à son tour au développement de semi-conducteurs plus avancés – une industrie qui est des ordres de grandeur plus importante pour l’économie mondiale qu’un produit de consommation comme le vidéodisque aurait jamais été. C’est une histoire classique de rédemption dans l’histoire de la technologie: au début de tout nouveau projet technologique, personne ne sait vraiment quel sera le résultat. Parfois, il vous suffit de continuer, même par un échec abject, et confiance que quelque chose de bien émerge de l’autre côté.
Partie d’un Série continue En regardant des artefacts historiques qui embrassent le potentiel sans limites de la technologie.
Une version abrégée de cet article apparaît dans le numéro d’impression d’octobre 2025 alors que «le jeu vidéo de RCA payé dans Chips».
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