Lịch sử mạch bán dẫn IC

Sơ lược về IC

Vi mạch tích hợp, hay vi mạch, hay mạch tích hợp (integrated circuit, gọi tắt IC, còn gọi là chip theo thuật ngữ tiếng Anh) là các mạch điện chứa các linh kiện bán dẫn (như transistor) và linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) được kết nối với nhau, kích thước cỡ micrômét (hoặc nhỏ hơn) chế tạo bởi công nghệ silicon cho lĩnh vực điện tử học.

Ai là người phát minh ra IC

Đó là thứ mà 2 nhà kỹ sư vật lý người Mỹ sáng chế ra, Jack Kilby và Robert Noyce.

Jack Kilby

Robert Noyce

12/09/1958 Jack Killby đã chế tạo thành công ra IC dao động với 5 linh kiện đơn giản trên một vật liệu giống nhau gọi là “chip”. Phát minh này không chỉ mang lại cho Killbly bằng sáng chế của Texas Instrucment mà còn mang lại cho ông một phần của giải thưởng Nobel vật lý năm 2000. Thực sự thì Robert Noyce cũng sẽ có thể nhận được giải Nobel cho sáng chế này nếu ông ấy không mất vào năm 1990. Thực sự trong thời gian sau đó, bản quyền về việc sáng chế ra IC luôn bị hai nhà sáng chế giành giật. Lý do, Jack Killby đã gửi đơn đăng ký quyền sáng chế trước nhưng Robert lại được duyệt trước. Điều đó dẫn đến mâu thuẫn giữa hai người, và các cuộc kiện tụng cứ diễn ra... cho đến khi tình hình thị trường và các nhà khoa học thời đó cho rằng, IC rất khó sản xuất và cho ra sản phẩm thực.

Chiếc IC đầu tiên thế giới của Jack Killby

Để IC có thể ra đời, chúng ta phải kể đến việc làm nên tấm bán dẫn p-n của Russel Ohl vào năm 1940. Sau đó vào năm 1950, Bardeen, Bratain và Shockley, những người đã chế tạo ra junction transistor - một trong những linh kiện không thể thiếu của mọi loại IC, nhờ đặc tính đặc biệt của nó.

IC ra đời trong hoàn cảnh nào?

Trong khoảng thời gian trước khi IC ra đời, các nhà phát minh hay sáng chế đều sử dụng các linh kiện rời rồi hàn lại trên một hoặc rất nhiều mạch điện để chế tạo một máy. Trong thời gian ấy, các linh kiện điện tử bán dẫn khá là đắc, chưa ứng dụng thực tế được, đặc biệt là transistor. Vì vậy, người ta vẫn dùng bóng chân không (về cơ bản nó cũng có chức năng tương đương một chiếc transistor) "khổng lồ", một thiết bị rất là rẻ vào thời ấy. Nên, những chiếc máy tính ở thập niên 50, 60 rất to, cồng kềnh và cực kì tốn điện. Nhưng, việc sử dụng bóng chân không có một ưu điểm là rất dễ dàng thay thế (vì bóng đèn có chuôi đèn, và chỉ cần gỡ bóng hư thay bằng bóng mới), nên cho đến khi IC đã ra đời thì bóng chân không vẫn được dùng thêm một thời gian, sau đó mới bị thay thế bởi những loại máy tính hiện đại hơn, và mức độ tin cậy cao hơn.

Bóng chân không

Trong hoàn cảnh đó, IC đã ra đời để đem đếm một cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực công nghệ thông tin!

IC đã tạo ra những ảnh hưởng gì và vì sao nó lại có thể làm như vậy được?

Bạn có biết, một chiếc mạch có kích cỡ 40x40 (cm) thời đó bây giờ chỉ bằng một chiếc IC ATmega328 (chỉ 3.4x0.7 cm).

ATmega328

Hãy cũng nhắc lại khái niệm về IC... Nó là một mạch điện tích hợp, nghĩa là rất nhiều linh kiện cùng nằm trên một đơn vị diện tích (hiện nay người ta đã làm được những chú IC có rất linh kiện trên một đơn vị nano mét). Chính vì điều đó, mà nó đã thu gọn diện tích của mọi loại máy từ thập niên 70 đến nay (bạn hãy xem qua về lịch sử các loại máy ENIAC và UNIVAC để biết thêm về kích cỡ của những "người khổng lồ thật sự"). Và với giá thành rẻ của nó (nhờ có công nghệ Plamar của Robert Noyce), mọi chiếc máy sử dụng IC đều thích hợp với mọi đối tượng người dân, chứ không còn chỉ bó hẹp trong các văn phòng chính phủ hay các công ty liên doanh nữa!

Vậy tại sao, IC lại có thể làm được những điều đó?

1. Thứ nhất, vì công nghệ sản xuất ra IC ngày càng phát triển, kích thước của nó ngày càng nhỏ, giá thành ngày càng rẻ, chức năng ngày càng nhiều, độ bền cao, tuổi thọ cao... chính vì những ưu điểm vượt bậc, cộng với chiến lược kinh doanh ngay từ khi bắt đầu thương mại hóa của Killby và Noyce đã làm IC ngày càng phổ biến.
2. Thứ hai, vì mạch điện ngày càng đơn giản, những người chế tạo / sáng chế máy không nhất thiết phải là các nhà khoa học, mà ngay cả học sinh, sinh viên và những nhà nghiên cứu tay ngang hoàn toàn có thể tự làm một sản phẩm độc đáo. Chính nhờ xây dựng được một cộng đồng rộng lớn như vậy, việc phát triển của IC ngày càng tăng nhằm đáp ứng nhu cầu đó.
3. Thứ ba, vì con người ngày càng muốn mỏi thứ nhỏ hơn, đơn giản hơn và các chủ doanh nghiệp muốn kinh doanh tốt hơn, nên họ đã đầu tư rất nhiều tiền vào công nghệ sản xuất IC và dây chuyền tự động,...

Chính vì những lí do đó, mà công nghệ sản xuất IC và các sản phẩm sử dụng IC ngày càng tinh vi, hiện đại, nhỏ gọn và rẻ hơn. Hệ quả xảy ra là các ngành chế tạo máy, công nghệ thông tin, khoa học vi tính, y học,... (cơ bản là mọi ngành) có sự đột phá mạnh mẻ. Chỉ trong vòng hơn 50 năm, mà con người đã làm vô vàn những điều mà ở thời kì trước đó, họ xem rằng đó là những việc viển công, chẳng hạn như việc bay vào vũ trụ, đặt chân lên mặt trăng, chữa bệnh ung thư, mỗ không để lại sẹo,...

Kết luận

Cũng chính vì những ứng dụng thực tế không bàn cãi và những gì mà nó đem lại trong cuộc sống này mà chúng ta đã bầu chọn cho IC là phát minh quan trọng nhất trong thế kỷ XX. Bạn có biết, khi sáng tạo ra IC, những nhà phát minh nghĩ gì trong đầu mình không? Họ chỉ đơn giản nghĩ rằng, tôi cần tìm ra một sản phẩm có thể thâu tóm được linh kiện để đặt trong một môi trường nhất định và giảm giá thành những máy móc điện tử. Họ không hề nghĩ những phát minh của họ sẽ làm được những điều không tưởng mà mình vừa kể. Vì vậy, bạn đừng đặt quá nhiều niềm tin, thời gian để làm một thứ thay đổi cả thế giới, mà hãy dành thời gian tìm ra những khó khăn trong cuộc sống hiện đại, và tím cách tối ưu / sáng chế ra cái gì đó có thể khắc phục được nó.