Харви Натансон

Харви Натансон (англ. Harvey Nathanson; 16 августа 1935, Питтсбург — 20 января 2022) — американский инженер-электронщик, изобретатель и пионер в области микроэлектромеханических систем (МЭМС). Наиболее известен как создатель первого кремниевого микрорезонатора и один из основоположников технологии МЭМС, которая впоследствии легла в основу современных акселерометров, гироскопов и других микродатчиков, используемых в автомобилях, смартфонах и медицинских устройствах.

Биография

Ранние годы и образование

Харви Натансон родился в Питтсбурге, штат Пенсильвания, в семье еврейских эмигрантов из Восточной Европы. Его отец работал инженером на сталелитейном заводе, что с детства привило интерес к технике. В 1957 году Натансон получил степень бакалавра по электротехнике в Университете Карнеги-Меллона (тогда — Технологический институт Карнеги). В 1961 году он защитил магистерскую диссертацию, а в 1964 году — докторскую (Ph.D.) по электротехнике в том же университете, специализируясь на твердотельной электронике и физике полупроводников.

Карьера в Westinghouse

С 1961 по 1995 год Натансон работал в исследовательском центре компании Westinghouse Electric Corporation (Питтсбург). В 1965 году он возглавил группу по разработке микроэлектромеханических устройств. Именно в этот период, в 1967 году, он совместно с коллегами Ральфом Уиком и Ирвином Блумом создал первый кремниевый микрорезонатор — устройство, способное колебаться с высокой частотой под действием электрического поля. Эта работа была впервые представлена на конференции IEEE Electron Devices Meeting в 1967 году и опубликована в 1968 году в журнале Proceedings of the IEEE.

Поздние годы

После выхода на пенсию в 1995 году Натансон продолжал консультировать компании в области МЭМС и читал лекции в университетах. Он умер 20 января 2022 года в возрасте 86 лет в Питтсбурге от осложнений, связанных с COVID-19.

Вклад в науку и технику

Создание первого кремниевого микрорезонатора

Основным достижением Натансона считается разработка первого кремниевого микрорезонатора в 1967 году. Это устройство представляло собой кремниевую балку длиной около 1 мм, закреплённую на подложке и способную совершать механические колебания под действием переменного электрического напряжения. Частота колебаний составляла от 1 кГц до 100 кГц. Микрорезонатор стал первым примером интеграции механических и электрических компонентов на одном кремниевом чипе, что положило начало технологии МЭМС.

Основоположник МЭМС

Натансон считается одним из «отцов-основателей» микроэлектромеханических систем. В 1965 году он впервые предложил концепцию «микромеханических устройств на кремнии», которая предполагала изготовление подвижных механических элементов с помощью стандартных полупроводниковых процессов (фотолитография, травление). Эта идея была реализована в 1967 году с созданием микрорезонатора. В 1970-х годах его группа разработала первые кремниевые акселерометры и датчики давления, которые позже были коммерциализированы.

Патенты и публикации

Натансон является автором более 30 патентов США и около 50 научных публикаций. Ключевые патенты включают:

• «Метод изготовления микрорезонаторов» (1968, патент № 3,478,228)
• «Кремниевый акселерометр» (1972, патент № 3,698,255)
• «Микромеханический датчик давления» (1975, патент № 3,868,710)

Применение технологии МЭМС

Разработки Натансона стали основой для целого класса устройств, которые сегодня широко используются в различных отраслях:

Автомобильная промышленность

• Акселерометры — для подушек безопасности (с 1990-х годов обязательны в автомобилях в США и Европе).
• Гироскопы — для систем стабилизации и навигации.
• Датчики давления — для контроля давления в шинах и двигателе.

Потребительская электроника

• Смартфоны и планшеты — акселерометры и гироскопы для ориентации экрана, шагомеров, игр.
• Фитнес-трекеры и умные часы — для подсчёта шагов, мониторинга активности.
• Игровые консоли — контроллеры движения (Nintendo Wii, Sony PlayStation Move).

Медицина

• Имплантируемые датчики — для мониторинга давления в глазу (глаукома) или в сердце.
• Микронасосы — для доставки лекарств.
• Диагностические устройства — для анализа крови и других биожидкостей.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

• Навигационные системы — микрогироскопы для беспилотников и ракет.
• Датчики вибрации — для мониторинга состояния конструкций.

Признание и награды

• 1988 год — избран членом (Fellow) Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) за вклад в развитие МЭМС.
• 1998 год — награждён медалью IEEE Cledo Brunetti за пионерские работы в области микроэлектроники.
• 2005 год — введён в Зал славы изобретателей Питтсбурга.
• 2015 год — удостоен премии IEEE Robert N. Noyce Award за достижения в области микроэлектромеханических систем.

Критика и ограничения

Несмотря на признание, некоторые исследователи отмечают, что Натансон не был единственным изобретателем МЭМС. Параллельно работы в этой области велись в 1960-х годах в Стэнфордском университете (Курт Петерсен) и в компании IBM (Роберт Нойс). Однако именно Натансон первым продемонстрировал работающий кремниевый микрорезонатор и опубликовал результаты, что дало толчок коммерциализации технологии. Также критике подвергается медленное внедрение его разработок в промышленность: первые коммерческие МЭМС-акселерометры появились только в 1990-х годах, спустя 20 лет после изобретения.

Интересные факты

• Натансон был заядлым радиолюбителем (позывной K3HBN) и в юности собрал свой первый радиоприёмник из деталей, найденных на свалке.
• В 1960-х годах он работал над созданием «микророботов» для космических программ NASA, но проекты не были реализованы из-за технических ограничений того времени.
• Его докторская диссертация была посвящена теории шумов в полупроводниковых приборах, что позже помогло ему в разработке чувствительных микрорезонаторов.

Источники

• Nathanson, H. C., Wickstrom, R. A., & Bloom, I. (1968). «The resonant gate transistor». Proceedings of the IEEE, 56(5), 766–778.
• Petersen, K. E. (1982). «Silicon as a mechanical material». Proceedings of the IEEE, 70(5), 420–457.
• IEEE History Center. (2005). «Harvey Nathanson: Pioneer of MEMS». IEEE Global History Network.
• Некролог: Harvey Nathanson, 1935–2022. Pittsburgh Post-Gazette, 25 января 2022.
• Патенты США: № 3,478,228 (1968); № 3,698,255 (1972); № 3,868,710 (1975).