إرث RCA Videodisc: مسح مجهر السعة

أحب قصة عودة جيدة عن الابتكار التكنولوجي ، والكفاح ، والفشل ، والفداء. إن اختراع مجهر السعة المسح الضوئي لديه كل ذلك.

في عام 1981 ، قدمت RCA براءة اختراع لـ SCM نيابة عن باحث الشركة جيمس ر. ماتي. كان المجهر منتجًا ثانويًا غير مقصود لتكنولوجيا Videodisc التي كانت الشركة تكافح من أجل إحضارها إلى السوق منذ منتصف الستينيات. توقعت RCA أن تلتقط VideOdisc نصف سوق الفيديو المنزلي ، ولكن بدلاً من ذلك فقدت بطريقة كبيرة إلى VHS.

جيمس RCA. اخترع R. Matey مجهر السعة المسح الضوئي ، والذي استخدم أجهزة الاستشعار التي قامت بتأييدها من مشغلات VideoSc في الشركة. متحف ومكتبة هاجلي

على الرغم من صراعات Videodisc ، كانت التكنولوجيا الأساسية تحمل جوهرة: كانت أجهزة استشعار السعة الحساسة الرائعة المستخدمة في مشغلات VideoSc قادرة على قياس اختلافات السعة على مقياس Attofarads (1 × 10^-18 فاراد).

ولكن قبل أن يتمكن المهندسون والعلماء من الثقة في فكرة Matey ، أرادوا إجراء تقييم مستقل لتأكيد دقة المجهر الجديد. الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ملزمة. ابتداءً من أوائل التسعينيات ، قاموا أيضًا بتأسيس أجهزة استشعار السعة من مشغلات VideoSc القديمة وسلسلة من SCMs المصممة خصيصًا ، مثل تلك التي تم تصويرها في الأعلى. بعد التحقق من صحة NIST ، قام مصنعو المجهر بتسويق SCM ، تبنىها صانعي الرقائق لدراسة دوائر متكاملة ، وبالتالي فتح الباب أمام الجيل القادم من أشباه الموصلات.

لماذا فشل RCA VideoSc

ولكن لن تكتمل أي قصة عن انتصار مجهر السعة المسح الضوئي دون مناقشة فشل Videodisc. من الناحية النظرية ، كان ينبغي أن يزدهر: لقد كان منتجًا بحثًا تمامًا يتوقع وجود سوق مستهلك مهم. كان دقة التشغيل الخاصة بها متفوقة على البرمجة عبر الهواء والشريط المغناطيسي. ومع ذلك قصف. لماذا؟

بدأ جهد Videodisc في أوائل الستينيات ، عندما سألت RCA نفسها ، “ما الذي يأتي بعد التلفزيون الملون؟ ماذا سيكون نظام الإلكترونيات الاستهلاكية الرئيسية التالية؟” قررت الشركة أن الإجابة كانت نوعًا من الأنظمة لتشغيل الأفلام والبرامج التلفزيونية المسجلة مسبقًا عبر التلفزيون. كان RCA بعيدًا عن وحده في متابعة هذه الفكرة. شملت جميع أنظمة الفيديو المنزلية قيد التطوير وسيلة تخزين – Film ، والشريط المغناطيسي ، والشريط غير المغنطيسي ، وأقراص الفينيل ذات الحجم والتكوين المختلفة – وجهاز لتشغيل الصوت والفيديو بدقة عالية. بالإضافة إلى الطرق المغناطيسية ، يمكن تخزين المعلومات باستخدام التقنيات الكهروميكانيكية أو التصوير الفوتوغرافي أو الإلكترون أو البصرية.

تعرضت RCA Videiscs للتلف بسهولة بسبب الغبار وبصمات الأصابع ، لذلك تم تحميلها في مشغل Selectavision داخل الأكمام البلاستيكية.متحف ومكتبة هاجلي

بحلول عام 1964 ، استقرت RCA على Videass. مثل ألبوم التسجيلات (الذي كانت الشركة رائدة) ، كان Videodisc قفزة فينيل مصابة تستخدم قلمًا للتشغيل. على عكس السجل ، حملت Videodisc كل من الصوت والفيديو ، بكثافة أعلى بكثير ، وكان القلم كهربائيًا بدلاً من الميكانيكية. (يتم الخلط بين Videodisc أحيانًا مع LaserDisc ، وهي تقنية فيديو منزلية في تلك الحقبة التي استخدمت ليزر بصري.)

دعا RCA أقراص الأقراص الأقراص الإلكترونية. نسج مشغل VideoSc على القرص الذي يبلغ طوله 30 سنًا عند 450 دورة في الدقيقة ثابتة. تتبع القلم المعدني الانخفاضات والمطبات في أخدود القرص من خلال تسجيل الاختلافات في السعة ، على غرار الطريقة التي يسبق بها إصبعك على اتصال بشاشة تعمل باللمس ، يؤدي إلى تغيير يمكن اكتشافه في سعة الشاشة في تلك المرحلة. دائرة الحالة الصلبة فكّت إشارة الفيديو المعدل بالترددات المشفرة في اختلافات السعة. كانت هذه الاختلافات بناءً على ترتيب Femtofarads ، وكانت إشارة الفيديو قد استمرت في حوالي 910 ميغاهرتز. للحصول على صورة واضحة ، يتطلب نظام Videodisc مستشعرات سعة حساسة للغاية لاكتشاف هذه الاختلافات الصغيرة بتردد عالي.

لسوء الحظ ، استغرق التسويق وقتا أطول بكثير مما كان متوقعا. في عام 1972 ، أعلنت RCA أن VideOdisc ستظهر لأول مرة في العام التالي ، لكنها لم تتحقق. مقال في العلم الشعبي في فبراير 1977 ، توقعت المبيعات الإقليمية بحلول نهاية ذلك العام. ولكن لم يكن حتى مارس 1981 أن نظام RCA Selectavision وصل أخيرًا إلى السوق. على الرغم من الترويج الثقيل ، تم بيعه بشكل سيء وتم سحبه من الرفوف في عام 1984. في النهاية ، غرق RCA حوالي 500 مليون دولار على مدار 20 عامًا لتطوير Videodisc ، وكان التقليب الكلي.

كيف فاز شريط الفيديو على Videodisc

ما الخطأ؟ في كلمة: شريط فيديو. تبين أن الشريط المغناطيسي ، الذي رفضه RCA ، يتمتع بمزيد من جاذبية المستهلك. تم تقديمه في عام 1976 ، كانت أشرطة VHS أرخص ، ولديها المزيد من العناوين المتاحة للشراء أو الإيجار ، والأهم من ذلك ، سمح للمالكين بتسجيل برامجهم الخاصة.

ربما لو تم إطلاق Videodisc في عام 1973 ، فقد يكون لديها فرصة. لكن التكنولوجيا لديها مشاكل أخرى. بصمات الأصابع والغبار والخدوش التصميمات المبكرة التي تصور المستخدمون يزيلون الأقراص من الأكمام مثل ألبومات التسجيلات ؛ بدلاً من ذلك ، احتفظت النسخة النهائية بالأقراص المغطاة بقشرة بلاستيكية تم إدراجها بعد ذلك في اللاعب.

أمضت RCA عقدين من الزمن في تطوير نظام الفيديو المنزلي ، ولكن في النهاية خسر Selectavision أمام VHS و VCRs. متحف ومكتبة هاجلي

مشكلة أخرى كانت وقت التشغيل. في عام 1977 ، يمكن أن تحتفظ Vidoiscs بحوالي 30 دقيقة فقط من المواد لكل جانب. ارتفع ذلك إلى ساعة لكل جانب بحلول وقت إطلاق المنتج ، لكن هذا لا يزال يعني أن أي فيلم على مدار 120 دقيقة يجب أن ينتشر على أقراص متعددة. يمكن أن تمسك أشرطة VHS الأولى 120 دقيقة من الفيديو (مزدوج من منافسها الرئيسي ، Betamax). واستمرت VHS في توسيع نطاق الرصاص: بحلول الثمانينيات من القرن الماضي ، لعبت VHS تلعب طويلًا (أربع ساعات) واللعب الممتد (ست ساعات) ، وإن كانت مع قطرات ملحوظة في جودة الدقة.

كما أن المتنبئين في RCA يسيئون قراءة اقتصاديات لاعبي الفيديو. بلغ تقدير سعرهم لعام 1977 لمشغل Videodisc 500 دولار (حوالي 2800 دولار بالدولار اليوم). كان أول لاعبي VHS أغلى بكثير ، حيث يتراوح بين 1000 دولار إلى 1400 دولار ، ولكن بحلول منتصف الثمانينات ، انخفض سعرهم إلى 200 دولار إلى 400 دولار. تكلف أشرطة VHS لأفلام هوليوود الرئيسية حوالي 80 دولارًا – أكثر من 10 دولارات من سعر Videisss من 10 إلى 18 دولارًا – لكن المشجعين Diehard فقط دفعوا بالفعل ما يعادل حوالي 440 دولارًا لشراء فيلم على شريط فيديو. بالنسبة لأي شخص آخر ، قامت Hollywood Studios بترخيص الألقاب لشركات تأجير الطرف الثالث. على ما يبدو بين عشية وضحاها ، كانت متاجر الفيديو المستقلة ومحلات السوبر ماركت والسلاسل الوطنية مثل Blockbuster تستأجر الأفلام مقابل رسوم رمزية. لفترة وجيزة ، شاركت RCA Videiscs الرفوف مع أشرطة الفيديو ، ولكن عادة في المتاجر المستقلة فقط وعدم وجود العديد من العناوين المتاحة.

وفي الوقت نفسه ، كافحت RCA لبيع مشغلات الفيديو الخاصة بها. توقعت الشركة المبيعات السنوية في نهاية المطاف من خمسة إلى ستة ملايين لاعب ؛ كان هدفها في السنة الأولى أكثر تواضعا 200000 ، ومع ذلك باعت نصف هذا الرقم فقط. بحلول عام 1984 ، أدركت RCA أن Videodisc لن تقارب ما يقرب من 50 في المائة من تغلغل السوق ، ناهيك عن الربحية ، وسحب القابس.

ولادة مجهر السعة المسح

عادةً ما تكون هذه هي نهاية القصة ، وهو مشروع فاشل آخر في الإلكترونيات الاستهلاكية. ولكن عندما بدأ علماء RCA لأول مرة في البحث عن Videodisc ، لم تكن هناك مجاهر قادرة على تحديد الاختلافات الصغيرة في القرص الذي قام بتشفير إشارة الصوت/الفيديو. كانت المطبات والاكتئاب أقل من عُشر حجم الأخدود نفسه ؛ حتى المجاهر الأكثر تقدماً في اليوم لم تستطع اكتشاف الميزات الصغيرة.

يقوم عامل المصنع بفحص RCA VideoSc ، والذي قام بترميز إشارات الصوت والفيديو في أخدود القرص. متحف ومكتبة هاجلي

وهكذا قام جيمس ماتي من RCA بتطوير وبراءة اختراع مجهر السعة المسح الضوئي (الذي اختصره عملية الاحتيال ، لكن الآخرين الذين تم اختصارهم بحكمة إلى SCM) كأداة للتحكم في الجودة لتصنيع الفيديو. بعد أربع سنوات من براءة الاختراع الأولى ، قدمت RCA براءة اختراع لإعادة إصدارها مع بعض التصحيحات والتحسينات. في ورقة قابلة للقراءة للغاية في عدد مارس 1985 من مجلة الفيزياء التطبيقية ، أوضح ماتي وزميل باحث RCA جوزيف بلانك التكنولوجيا الجديدة. يمكن أن يكتشف SCM الاختلافات في التضاريس السطحية بترتيب 0.3 نانومترات على المناطق التي تبلغ مساحتها 0.5 ميكرومتر مربع. تأخرت RCA عن نشر هذه الورقة حتى أغلقت عملية Videodisc ، وهكذا اختتم Matey و Blanc ورقتهما ، “نحن حاليًا بصدد التكيف [the SCM] لاستخدامات مماثلة على عينات أخرى. ” تبين أن الاستخدام الجديد في تصنيع الجيل القادم من أشباه الموصلات.

يعتمد أداء أشباه الموصلات على توزيع الشوائب التي تم تقديمها عمداً ، والتي تسمى Dopants ، والتي تغير قدرة المواد على سلوك الكهرباء. في الأيام الأولى لإنتاج أشباه الموصلات ، استخدم المصنعون التحليل الطيفي الكتلي الأيوني وتقنية تسمى انتشار مقاومة لقياس توزيع Dopant في بعد واحد.

ذات الصلة: الأصول المستعملة لصناعة سيليكون وادي الوادي

بحلول أواخر الثمانينيات ، أصبحت الدوائر المتكاملة صغيرة جدًا لدرجة أن الصناعة كانت بحاجة إلى وسيلة لقياس المنشطات في بعدين. SCM ، المستخدمة بالاقتران مع مجهر القوة الذرية ، تناسب الفاتورة. عندما تلامس الطرف الموصل لمجهر القوة الذرية مع سطح أشباه الموصلات ، فإنه خلق سعة صغيرة ، بترتيب attofarads إلى femtofarads ، اعتمادًا على تركيز Dopant. قام SCM بقياس التغييرات في السعة المحلية وقامت بتعيين توزيعات Dopant. لكن هذه التكنولوجيا كانت لا تزال جديدة وليست متاحة تجاريًا بعد ، لذلك قام الباحثون في NIST بمهمة اختبارها.

في أوائل التسعينيات من القرن الماضي ، بدأ جوزيف كوبانسكي وجاي مارشياندو وديفيد بيرنغ في بناء سلسلة من SCMs المخصصة في قسم إلكترونيات أشباه الموصلات NIST. لقد فعلوا أكثر من مجرد إعادة إنتاج نتائج Matey و Blanc. كما وفروا للصناعة نماذج وبرامج لاستخراج توزيع Dopant ثنائي الأبعاد من قياسات السعة.

أدى التحقق من صحة NIST لـ SCM إلى الإنتاج التجاري للأدوات ، مما أدى بدوره إلى تطوير أشباه الموصلات الأكثر تقديراً-وهي صناعة ذات حجم أكثر أهمية للاقتصاد العالمي من منتج المستهلك مثل Videodisc. إنها قصة كلاسيكية من الفداء في تاريخ التكنولوجيا: في بداية أي مشروع تقني جديد ، لا أحد يعرف حقًا ما ستكون عليه النتيجة. في بعض الأحيان ، عليك فقط الاستمرار ، حتى من خلال الفشل المدقع ، والثقة في أن شيئًا ما سيظهر على الجانب الآخر.

جزء من أ سلسلة مستمرة بالنظر إلى القطع الأثرية التاريخية التي تتبنى إمكانات التكنولوجيا التي لا حدود لها.

تظهر نسخة مختصرة من هذه المقالة في إصدار الطباعة في أكتوبر 2025 باسم “مقامرة Videisc من RCA في الرقائق”.