Từ ống chân không đến mạch tích hợp

Ảnh: W.Shockley, J.Bardeen và W.Brattain

Chiếc transistor đầu tiên làm bằng chất bán dẫn Germanium của Phòng thí nghiệm Bell đã được giới thiệu ngay trước lễ Giáng sinh năm 1947. Rồi 6 tháng sau đó, phát minh vĩ đại này được công bố cho toàn thế giới biết. Ba tác giả W.Shockley, J.Bardeen và W.Brattain đã vinh dự nhận giải thưởng Nobel vật lý năm 1956. Nhưng đó chưa phải là tất cả câu chuyện và một kỷ nguyên rực rỡ của ngành điện tử chỉ mới hé lộ.

Ảnh: Một số loại transistor trong Bảo tàng

Transistor được chế tạo bằng chất bán dẫn ở kích thước rất nhỏ, tiêu thụ rất ít năng lượng và thực hiện rất nhanh việc đóng mở hoặc khuếch đại dòng điện, còn gọi là hiệu ứng chuyển mạch. Dễ hiểu vì sao mà nó dần dần thay thế các ống chân không (vacuum tube), đặc biệt là trong máy tính và nhất là sau khi các mạch vi điện tử (microelectronic circuit) ra đời, thường được gọi tắt là “chip”.

Ảnh: Một số loại chip trong Bảo tàng

Vào năm 1958 một mạch vi điện tử do Jack Kilby sáng chế tại hãng Texas Instruments chỉ tích hợp được vài transistor. Hiện nay một chip cỡ cực lớn có thể chứa đến hàng tỷ transistor. Chúng đã làm thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt ở mọi nơi, từ những thiết bị cá nhân gần gũi như máy tính, điện thoại, cho đến những con tàu vũ trụ đang bay đến các hành tinh xa xôi…

Từ thập niên 1950 nó dần dần được thay thế trong lĩnh vực máy tính bằng transistor, còn gọi là bóng bán dẫn.

Transistor là một loại linh kiện điện tử được chế tạo trên nền tảng công nghệ khuếch đại bán dẫn do ba nhà khoa học William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain phát minh vào năm 1947 tại Phòng thí nghiệm Bell nổi tiếng của Mỹ.

 

Ứng dụng transistor đầu tiên

Ngành công nghiệp và người tiêu dùng không phải chờ đợi lâu mới biết tới các ứng dụng liên quan. Sản phẩm thương mại đầu tiên có chứa một bộ khuếch đại bán dẫn là máy trợ thính Sonotone 1010 được bán ra thị trường vào năm 1952, tức là chỉ 5 năm sau phát minh về transistor.

Máy trợ thính Sonotone 1010

Phát minh đó quả thật đã trực tiếp tạo nên cuộc cách mạng công nghiệp mới với các linh kiện và công cụ giúp loài người chuyển sang một thời kỳ phát triển xã hội vượt bậc, được gọi là thời đại thông tin. Năm 1957, tại công ty Texas Instruments nhà khoa học J.Kilby đã sáng chế mạch tích hợp germanium – tiền thân của các vi mạch (còn gọi là chip hay con bọ) được làm bằng chất bán dẫn silicon sau này.

Mạch tích hợp của J. Kilby

Hình trên cùng là KS Gordon Moore. Ông 39 tuổi khi sáng lập hãng Intel cùng TS Robert Noyce (người sáng chế mạch tích hợp độc lập với Kilby). Trong một bài báo đăng ngày 19.4.1965 của tạp chí Electronics ông dự đoán mật độ transistor trên chip sẽ tăng gấp đôi trong khoảng từ 18 tháng đến 2 năm. Định luật Moore từ đó đến nay vẫn đúng dù trong thực tế đã sắp chạm đến giới hạn vật lý của thế giới vi mô nơi có những định luật cơ học lượng tử làm chủ.

Định luật Moore và các chip Intel

Sự tăng trưởng đều đặn mật độ transistor trên một chip bán dẫn đã cho phép hãng Intel và các hãng tiếp theo làm ra được các bộ nhớ, bộ vi xử lý và các chip khác vừa nhỏ xíu vừa tiêu thụ rất ít điện. Những linh kiện này mở ra một con đường mới cho các hãng chế tạo máy tính và sự ra đời của máy tính cá nhân (PC), cũng như của các công ty khởi nghiệp (start-up) gần như đi từ số không mà sau này trở thành khổng lồ như MicroSoft, Apple v.v..

Bên trong chip Intel i7

Trong thập niên 1980 mỗi chip silicon đã có thể phức tạp đến mức bao gồm hàng triệu transistor. Chúng có mặt trong cực nhiều ứng dụng và ở khắp mọi nơi, từ những thiết bị cá nhân gần gũi như máy tính, điện thoại v.v. cho đến những con tàu đang lặng lẽ bay đến các hành tinh xa xôi trong vũ trụ mênh mông…. Transistor ngày nay càng nhỏ hơn và nằm gần nhau hơn ở mức nanomét (1 phần tỷ mét), cho phép các thiết bị mạnh lên gấp bội và thúc đẩy sự phát triển của xã hội với những bước ngoặt bất ngờ.