電子技術デバイス研究所

電子技術デバイス研究所
アメリカ合衆国ニュージャージー州フォートモンマス
ETDL ロゴ。
電子技術デバイス研究所 – ロゴ
サイト情報
タイプ軍事研究所
所有者国防総省
オペレーターアメリカ陸軍
制御陸軍資材司令部
状態閉鎖
地図
サイトの履歴
建設された1971

電子技術デバイス研究所ETDL )は、アメリカ陸軍資材司令部傘下の研究施設であり、高周波デバイスから戦術電源に至るまで、重要な電子技術の開発と陸軍システムへの統合を専門としていました。ニュージャージー州フォートモンマスに所在するETDLは、1971年から1992年までアメリカ陸軍の電子工学研究の中央研究所として機能していました。[ 1 ] 1992年にETDLは廃止され、その業務と人員の大部分は新設されたアメリカ陸軍研究所(ARL)に統合されました。[ 2 ]

歴史

電子技術デバイス研究所は、通信部隊研究所(SCL)の解散後に設立された多くの研究所の1つでした。その歴史を通じて、SCLはアメリカ陸軍による数多くの再編を経るため、さまざまな異なる名前を与えられてきました。1950年代初頭には、SCLは通信部隊エンジニアリング研究所として知られていましたが、1958年にアメリカ陸軍通信部隊研究開発研究所(ASCRDL)に再指定されました。同じ年、ASCRDLの内部研究活動を統合するために探究研究研究所が設立されました。[ 3 ] 1962年、大規模な陸軍再編プログラムにより、ASCRDLはアメリカ陸軍電子司令部(ECOM)の下部組織となり、アメリカ陸軍電子研究開発研究所として知られるようになりました。[ 2 ] [ 4 ]この研究所は1964年に再びアメリカ陸軍電子研究所に改名されたが、1965年の陸軍再編の際に完全に解散した。[ 3 ] [ 5 ]

1965年6月1日、米陸軍資材司令部(AMC)の下部組織である米陸軍電子司令部(ECOM)は、通信部隊研究所の任務を引き継いでいた米陸軍電子研究所の運用を中止することを決定した。米陸軍電子研究所はその後、電子部品研究所、通信/ADP研究所、大気科学研究所、電子戦研究所(後に脆弱性評価研究所となる) 、航空電子工学研究所、戦闘監視目標捕捉研究所の6つの独立した研究所に分割された。[ 6 ] 1971年、電子部品研究所は探査研究所と合併し、電子技術デバイス研究所が設立された。[ 2 ]運用はニュージャージー州フォートモンマスのアルバート・J・マイヤー・センター(通称ヘキサゴン・ビル)で行われた。[ 1 ]

1980年代、ETDLは国防総省(DoD)内の2つの重要な技術プログラム、超高速集積回路(VHSIC)プログラムとマイクロ波およびミリ波モノリシック集積回路(MIMIC)プログラムに関して陸軍の主導研究所としての役割を果たしました。[ 7 ] 1980年3月に始まり1990年9月に終了したVHSICプログラムは、軍事用途の最先端の集積回路(IC)技術の製造を推進しました。このプログラムは、新しいIC技術を兵器システムに統合するプロセスを加速し、民間と軍事のマイクロエレクトロニクス製品の間で拡大する格差をなくすのに役立ちました。[ 8 ] [ 9 ] 1987年から1995年まで行われたMIMICプログラムは、軍事用途の最先端のマイクロ波およびミリ波モノリシックデバイスの開発を推進しました。このプログラムは、国防総省がスマート兵器に使用される軍用電子機器のサイズとコストを削減し、電力と信頼性を向上させるIC技術の革新を追求し実現するために必要なインフラストラクチャの構築に重点を置いていました。[ 10 ] [ 11 ] VHSICプログラムはシリコンICの開発に重点を置いていましたが、MIMICプログラムはガリウムヒ素ICの開発に重点を置いていました。[ 8 ] [ 11 ]

両プログラムはICの価値を重視し、ICは急速に現代の電子システムにおける信号処理の中核部品となりました。ICは、多数の個別の半導体部品で回路を構成するのではなく、これらの部品を単一の半導体チップに統合することで、サイズ、重量、コストを大幅に削減しました。国防総省は、ICが国防の強力な戦力増強装置であることを認識し、軍が新しいIC設計や革新にアクセスしやすくするプログラムに多額の投資を行いました。[ 9 ] [ 12 ]

VHSICプログラム

米国政府は、集積回路の早期提唱者として、1960年代にはその研究開発を主導する世界的勢力としてユーザー市場を独占していました。政府は新興のIC製造業界と密接な関係にあり、IC技術の多くは軍独自のニーズと要件に合うよう方向付けられました。しかし、1970年代には、IC技術の商用利用が非常に大きなビジネスを生み出し、商用市場が急速に連邦市場を凌駕するようになりました。その結果、ICメーカーは、軍の仕様ではなく商用の利益に合わせて自社の技術を調整し始めました。1978年までに、商用利用はIC市場の総売上の90%以上を占めるようになり、国防総省が最新のIC設計と進歩にアクセスする機会は大幅に減少しました。商用IC技術の認定プロセスに長い時間がかかったため、軍事システムへの統合がさらに遅れ、新しいイノベーションの商用導入と国防総省システムへの導入の間にギャップが生じました。半導体業界は新しいIC設計と製造技術を非常に速いペースで導入したため、一部の軍事システムに搭載されている電子部品と、それらを製造していた施設は、早期の陳腐化の危機に直面しました。民間部門における技術の急速な進歩に追いつくことができず、国防総省は時代遅れの電子サブシステムに依存する軍事技術を抱えることになりました。1980年までに、アナリストたちは軍事システムの半導体技術が民間システムの技術に比べて少なくとも10年遅れていると推定しました。[ 8 ] [ 9 ]

VHSICプログラムは、国防総省のIC調達と統合に関する欠陥に対処するだけでなく、民間と軍事のマイクロエレクトロニクスシステム間の10年間のギャップを埋めるのに役立ちました。これらの目標を達成するために、VHSICプログラムは、新しい材料、新しい回路設計コンセプト、高度な製造プロセス、新しい製造装置、より高いレベルの放射線耐性、および新しいデータインターフェース規格と仕様の開発に取り組みました。重要な点として、このプログラムは、米国半導体産業が国防総省に最先端の軍用ICを提供する能力を回復することに高い優先順位を置いていました。VHSICプログラムは、米陸軍、米海軍、米空軍の高度な協力を得て、1980年から1990年にかけて半導体産業のリーダーとのパートナーシップを促進し、軍用システム向けの高度なシリコンICの設計、製造、実装を行いました。状況の緊急性を考慮して、このプログラムは当時国防総省で最も優先度の高い技術プログラムの1つとされました。[ 8 ] [ 9 ]

ETDLは陸軍のVHSICプログラムの主任研究所および主任管理者を務めました。その主な責務の一つは、VHSIC技術の社内試験と評価でした。プログラム期間中、ハネウェル社テキサス・インスツルメンツ社TRW社IBM社ヒューズ・エアクラフト社ウェスティングハウス・エレクトリック社の6社の主契約者が、国防総省の兵器システムをアップグレードするための高度なマイクロチップ部品を開発しました。ETDLでは、研究者がこれらのデバイスの機能、パラメータ、および電気的性能の検証試験を実施し、性能を検証し、潜在的な問題を特定しました。結果として得られたマイクロチップは、当時の市販のマイクロ回路の10倍の計算速度を示しました。[ 8 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

電子技術デバイス研究所によるVHSICデバイスの評価[ 8 ]
デバイス 請負業者 テスト期間 結果
相関器 ヒューズ 1984年5月から1985年12月 ETDL は、相関器ウェーハ テスト構造とパッケージ化されたデバイスの両方について、関連する測定値を検証するパラメトリック テストを実施しました。
静的ランダムアクセスメモリ(SRAM) テキサス・インスツルメンツ 1984年9月から1987年10月 ETDL とローマ航空開発センターは電気性能検証テストを実施し、最終的にこの技術が Firefinder レーダー システムで使用できることを検証しました。
マルチポートスイッチ(MPS) テキサス・インスツルメンツ 1984年12月から1987年7月 ETDL と Texas Instruments は電気的性能テストを実施し、MPS デバイスの軍事図面形式の詳細な仕様を作成しました。
静的ランダムアクセスメモリ(SRAM) ウェスティングハウス 1985年8月から1985年11月 ETDL は、軍用温度範囲全体にわたって機能テスト、パラメトリック テスト、および電気性能検証テストを実施しました。
演算要素コントローラ(AEC) ヒューズ 1984年2月から1989年3月 ETDL は、Firefinder レーダー システムでの技術の使用を検証するために、軍用温度範囲全体にわたって電気的性能検証、機能およびパラメトリック テストを実施しました。
信号処理要素(SPE) IBM 1988年6月から1989年12月 ETDL が実施したテストにより、設計上およびパフォーマンス上の問題がいくつか明らかになり、IBM はその後これに対処しました。
VHSICバスインターフェースユニット(VBIU) IBM 1988年12月から1989年9月 ETDL はさまざまな温度で機能テストとパラメトリック テストを実施しました。

VHSICプログラムの終了までに、ETDLは7つのミッション分野で46を超える開発または配備システムに貢献しました。VHSIC技術の計画された実装には、M1戦車射撃管制システム、スマート兵器、チューブ発射式光学追跡有線誘導(TOW)自動追跡装置軽ヘリコプター実験(LHX)、ファイアファインダーレーダーシステムなどのアプリケーションが含まれていました。ETDLはまた、従来の電子ビーム装置よりも高速でサブミクロンのパターンを製造できる電子ビームリソグラフィーシステムの開発を促進しました。このリソグラフィーシステムは、スマートミサイル、電子戦技術、レーダー、電気光学、戦場情報システム向けに計画されたVHSICデバイスを製造することができました。[ 16 ] [ 17 ]

MIMICプログラム

MMIC 回路設計。
ガリウムヒ素 MMIC。

MIMIC プログラムの背後にある構想は、陸軍の多連装ロケットシステム末端誘導弾頭プログラム用の新しいミサイル誘導システムの製造をめぐる国防総省内の審議の後に生まれた。 [ 10 ] [ 18 ] 1970 年代初頭、弾道研究所は米陸軍ミサイル司令部(MICOM)の資金提供を受けて、レーダーを使用してターゲットを捜索および追跡するミリ波ホーミング シーカーの開発を Sperry Microwave と契約した。 1983 年までに Sperry Microwave は 5 mm のシーカー ヘッドを実証したが、無線周波数 (RF) コンポーネントとアンテナ アセンブリがレーダー システムのフロント エンドのユニット製造コストの 79.9 パーセントを占めていると報告した。同社は、フロント エンドに個別のコンポーネントに頼るのではなく、完全に統合された RF コンポーネントの設計手法を採用することで、部品点数を減らしてコストを大幅に削減できるという結論に達した。しかし、モノリシックミリ波・マイクロ波集積回路の導入を可能にするために、スペリーマイクロウェーブは、新しい施設、研究、設計ツール、製造プロセスに資金を提供するために、5年から8年の間に国防総省から800万ドルから1000万ドルの投資を必要としました。[ 10 ]

この予期せぬ出費の知らせを受けて、国防総省は米国の産業基盤の質と準備態勢を再検討することになった。当時、マイクロエレクトロニクス分野における米国の製造能力の低下と世界の半導体市場における米国の優位性の喪失から、国防総省は米国産業が軍に新技術を提供するプロセス全体を徹底的に精査するに至った。1984年、MICOMは追跡調査を実施し、ミリ波集積回路の分野で活動する企業の大多数が、この技術に関連する製造プロセスの開発にほとんど関心を示さないことが判明した。これを受けて、国防研究技術担当次官室は1985年2月、マイクロ波およびミリ波モノリシック集積回路(MIMIC)に関する国防総省のプログラムを編成するため、モノリシック・ミリ波・マイクロ波イニシアチブ(M3I 委員会を設立した。調査の中で、M3I委員会は、米国の半導体産業内にMIMIC製造のための成熟した技術基盤が存在しないことを認識した。報告書は技術分野におけるギャップを指摘し、MIMICの米国製造拠点は早急に進化しなければ外国との競争による深刻な脅威に直面すると警告した。[ 10 ] ETDLの報告書では、日本の半導体企業と米国企業の能力を比較し、米国企業単独ではこの分野で競争することはできず、ましてや国防総省向けの最先端IC技術の信頼できるサプライヤーとなることは不可能だと結論付けた。[ 19 ]国防総省は1986年に半導体業界に対してMIMICプログラムの創設を発表したが、プログラムへの資金提供は1987年に正式に開始された。1988年、国防総省はプログラムの責任を国防長官室から国防高等研究計画局(DARPA)に移管した。[ 20 ] [ 21 ]

MIMICプログラムは、主に半導体産業におけるガリウムヒ素(GaAs)技術とその製造プロセスの進歩に焦点を当てていました。[ 22 ] 1970年代初頭、GaAs半導体部品が比較的高い性能レベルを示した後、ガリウムヒ素はシリコンの有望な代替品として産業界で注目を集めました。1980年代初頭までに、GaAs MMIC(モノリシックマイクロ波集積回路)は魅力的な品質を示しましたが、業界全体で材料特性と設計の大きなばらつきにより、性能が一貫しておらず、信頼性が低いものになりました。当時、米国の半導体業界は依然としてGaAsを研究グレードの材料と見なしており、GaAs回路の製造は生産ラインではなく実験室で行われていました。その結果、GaAsデバイスは、自動テスト機能、コンピュータ支援設計機能、およびパッケージオプションが限られていました。GaAs MMICの開発と製造にはかなりの費用がかかったため、ほとんどの企業は、ハイブリッドマイクロ波およびミリ波固体回路を強化するために、個別のGaAs部品を製造することを選択しました。 GaAs MMICは現代の電子機器の能力を大幅に向上させる可能性を示していたにもかかわらず、商用化の遅れにより、企業は歩留まり向上とコスト削減に必要なインフラへの投資を躊躇していました。[ 20 ] [ 23 ] MIMICプログラムは、GaAsの研究開発を製造可能な生産プロセスへの移行を促進するインフラの構築を優先しました。プログラムマネージャーは、産業界にこの基盤を確立することで、軍事用途向けのMIMICを効率的かつ手頃な価格で自立的に生産できるようになるという信念のもとに活動しました。[ 22 ]

1970年代、ETDLはマイクロ波およびミリ波技術の研究開発と、スマート兵器への応用に深く関わっていました。研究所は、低コストのミリ波デバイスと標的位置特定用のナノ秒パルサーの研究を推進し、GaAsベースのモノリシック技術を積極的に追求しました。この分野における知識と専門知識の結果、ETDLはMIMICプログラムの構造形成に貢献しました。プログラムが国防総省全体で正式に確立されたとき、ETDLは陸軍の主導研究所としての役割を果たしました。MIMICプログラムの一環として、米国陸軍、米国海軍、米国空軍は、それぞれ複数の大手米国企業で構成される4つの大規模チームを組織および管理し、国防総省のミサイル、レーダー、電子戦、および通信システムに必要なMIMICコンポーネントを開発しました。協力を促進し、全体的目標の達成に向けた統一的な取り組みを促進するため、軍は協力条件を調整し、業界パートナーがデータ、特許権、知識ベースを相互に共有し、既存の研究開発製造プロセスをベースラインとして組み合わせるようにした。 ETDLはMIMICプログラムにおいて陸軍の主導者として4チームのうち2チームを管理した。マーティン・マリエッタ・コーポレーションITT社が共同で率いる最初のチームは、ハリス・コーポレーション、アルファ・インダストリーズ、パシフィック・モノリシック、ワトキンス・ジョンソン・カンパニーで構成されていた。TRWが率いる2番目のチームは、ジェネラル・ダイナミクスハネウェルヒッタイト・マイクロウェーブ・コーポレーションで構成されていた。 ETDLが1992年に米国陸軍研究所(ARL)の一部門となった後も、陸軍向けのMIMICプログラムの管理は1995年のプログラム完了までARLで継続された。[ 10 ] [ 19 ]

MIMICプログラムは国防総省にとって大きな成功とみなされ、幅広い用途に対応するGaAs MMICを低コスト、高歩留まり、高信頼性で設計・製造するために必要なインフラと能力が確立されました。[ 20 ]当初は軍事用途を想定していましたが、MIMICプログラムによるGaAs IC技術の進歩は、商業部門における現代の電子システムの能力を大幅に拡張しました。特に、GaAsトランジスタは1990年代の携帯電話技術の発展に大きな影響を与えました。 [ 24 ] [ 25 ]

閉鎖

1992年、電子技術デバイス研究所は、 1991年の基地再編・閉鎖委員会(BRAC)を受けて統合され、アメリカ陸軍研究所となった7つの陸軍研究所の1つとなった。ARLの傘下では、ETDLが電子・電源局の大部分を占めていたが、最終的には1995年に物理科学局の一部となり、1996年にはセンサー・電子デバイス局に移行した。[ 2 ]

研究

電子技術デバイス研究所(ETDL)の主な任務は、重要な電子技術とデバイスの開発と、既存または次世代の陸軍システムへの移行でした。陸軍の電子研究の中央研究所として、ETDLは陸軍の電子システムに搭載される全電子部品の約85%の開発を担当しました。その研究の多くは、ミリ波マイクロ波マイクロエレクトロニクスナノエレクトロニクスアナログ信号処理周波数制御フラットパネルディスプレイ、戦術電源、フォトニクス磁気超伝導音波パルス電力などの科学的および技術的進歩に焦点を当てていました。[ 1 ] [ 19 ]さらに、ETDLは、電子技術とデバイスの基盤を継続的にアップグレードし、開発テストプログラム中に発見された性能不足を解決することで、陸軍の戦闘システムをサポートしました。[ 26 ] [ 27 ]

ETDLの社内研究開発活動は、研究所内の5つの部門、すなわち電子材料、マイクロエレクトロニクスおよびディスプレイ、マイクロ波および信号処理デバイス、電源、および産業工学および開発に分かれていた。陸軍の電子システムの構築と保守を担うこれらの部門は、幅広い研究開発目的で米陸軍内のセンターや研究所と緊密に連携していた。ETDLは、米陸軍通信電子司令部とは通信技術、大気科学研究所とは気象学、ハリー・ダイアモンド研究所とは監視用電子機器、暗視・電気光学研究所(現在はDEVCOM C5ISRの一部)とは目標捕捉システム、MICOMと米陸軍航空システム司令部(現在は両組織が合併して米陸軍航空ミサイル司令部を形成)とはミサイル技術と航空電子工学の分野でそれぞれ高度な研究を行ってきた。[ 1 ]

ETDL は、その使命を果たすため、中核プログラムの指針となる次のような技術に取り組んできました。煙や霧の中でターゲットの位置や識別を行うミリ波デバイス (35、60、94 ギガヘルツ) とパルサー、地上、空中、ミサイル プラットフォームからの識別と自律的なターゲット指定を含む、戦場の奥深くまで評価できるようにする高速信号処理デバイス、コンパクトで安全で信頼性の高い指揮、制御、通信、ナビゲーション用のデバイス、指示装置および暗視システム用の軽量で効率的なポータブル電源、戦術操作用のインテリジェントなインタラクティブ ディスプレイ、使い捨てプラットフォームや空中プラットフォームから操作できる広帯域妨害装置とデコイ コンポーネント、指向性ビーム兵器とレーザー指示装置用のパルス電源、手頃な価格のシステム用の小型で低コストで信頼性の高いマイクロエレクトロニクス モジュラー アセンブリです。[ 1 ]

ETDL は、戦場で応用できる新素材の発見と実用化にも重点を置いていました。研究所が研究し、陸軍システムに適用した素材には、ミリ波およびマイクロ波トランシーバーや高速集積回路用のIII-V 族化合物、赤外線および放射線検出器用のII-VI 族化合物、小型進行波管やチューナブルフィルター用の磁性化合物、安定した発振器や時計用の水晶、光ファイバー用の溶融石英レーザーシーカーや高出力スイッチ用の真性シリコン、高速超大規模集積回路(VLSI) 技術用のシリコン、 IC メタライゼーション用の高融点金属、発振器やコンボルバー用の表面弾性波(SAW) 材料、アンテナやエミッター用の電気セラミックス、変調器や周波数変換器用の電気光学材料、移相器や非冷却検出器用の強誘電体材料、複合材料やコーティング用の無線周波数吸収体、高エネルギーコンデンサ用の誘電体フィルム、パルスレーザーや連続波レーザー用のレーザー材料などがあります。[ 1 ]

プロジェクト

電子技術デバイス研究所は、以下の技術の開発またはテストに携わっていました。

  • AN/GRC-142: 1985年、ETDLはAN/GRC-142無線テレタイプS-250シェルターに電力を供給するための最初の1000ワット熱電発電機を開発しました。搭載された発電機はS-250に電力、暖房、空調を提供しました。[ 16 ] [ 28 ]
  • AN/PPN-20 小型マルチバンドビーコン(MMB): ETDLは、陸軍特殊作戦部隊がナビゲーション、降下地点の特定、滑走路のマーキング、兵器投下に使用する軽量レーダートランスポンダーAN/PPN-20 MMB向けに、先進的なソリッドステート送信機を開発した。ETDLのGaAsパワー電界効果トランジスタと誘電体共振器発振器技術の進歩により、1秒未満のウォームアップ時間を実現する送信機の開発が可能になった。[ 29 ]
  • M1エイブラムス 1989年からETDLはM1エイブラムス戦車に大幅な改良を施し、全輪駆動による動力性能と機動性を大幅に向上させ、電力システムに電動駆動装置とアクチュエータを統合し、ゲートターンオフサイリスタによる電圧処理能力を向上させました。 [ 30 ]
  • MEDFLI: ETDLは、米軍の航空信号収集システムであるMEDFLI向けに第2世代SAWプロセッサを開発しました。当時カリフォルニア州で発生していた地中海ミバエの蔓延にちなんで名付けられたMEDFLIは、1980年代に電子戦研究所によって無人航空機のレーダー迎撃ペイロードとして開発されました。軍用ミリ波周波数帯を監視し、それらの高周波数域で敵の脅威発信源からの干渉信号を検出する能力を備えていました。[ 27 ] [ 31 ] [ 32 ]
  • マイクロコンピュータ補償型水晶発振器(MCXO): ETDLは、マイクロコンピュータ補償型水晶発振器(MCXO)と呼ばれる新しいタイプの高精度発振器の開発を促進しました。長年にわたり、温度補償型水晶発振器(TCXO)は、特に電力供給が限られている状況において、高精度な周波数制御やタイミング制御を必要とするデバイスやアプリケーションで使用されてきました。様々な制約により、TCXOが広い温度範囲にわたる周波数精度の性能限界に達したため、ETDLは1980年代後半に優れた代替手段としてMCXOを導入しました。MCXOは、-55℃~85℃のあらゆる温度範囲において、従来のTCXO(100ミリ秒/日)と比較して大幅に高い精度(3ミリ秒/日)を実現しながら、消費電力を低く抑えました。 ETDLは、陸軍の通信システム(SINCGARS(シングルチャネル地上および空中無線システム)、リージェンシーネット、客観的高周波無線(OHFR)、改良高周波無線(IHFR)、MILSTARハンドヘルドモジュール(HHM)、MILSTAR改良時間標準モジュールなど)に極めて正確なクロックを提供するためにMCXOを導入しました。[ 27 ] [ 33 ] [ 34 ]
  • 多機能信管砲(MOFA): ETDLはハリー・ダイアモンド研究所と共同で、ドップラーレーダー信管とGaAs MMICチップを採用したMOFAを開発しました。この新しい信管システムにより、陸軍が保有していた7種類の信管が不要になりました。[ 35 ]
  • 感知破壊装甲(SADARM): ETDLは、主にハイブリッドおよびモノリシックミリ波技術の開発を通じて、SADARMスマート兵器の開発を支援しました。 [ 29 ] [ 36 ]

ETDLはその歴史の中で、数多くの軍事用電子システムの発展に貢献したことでも知られるようになった。その中には、プリント基板の初の自動組み立て、セキュリティ無線、安定した航空機搭載レーダー、敵味方識別(IFF)システム用初の超安定水晶発振器、米国製初の薄膜電界発光(TFEL)表示装置、高出力リチウム使い捨て電池と充電式電池、レーダーシステム用SAW遅延線、パルスコンプレッサー、フィルターの初の広範な応用などがある。[ 19 ] [ 37 ]

参照

参考文献

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北緯40度18分54秒 西経74度02分35秒 / 北緯40.315度、西経74.043度 / 40.315; -74.043