A series of articles on “Microelectronics and Silicon Valley” –Part 8

Những đóng góp kỹ thuật then chốt của  Fairchild  Semiconductor

Trần Trí Năng
 (University of Minnesota & Ecosolar International)

“We had these brilliant ideas but rather than making the stuff ourselves, we’d just as soon get it out to someone else . . . so,
bit by bit, it moved out into the Valley and it helped the  Valley mature”
(Murray Mr Siege)

Từ khóa: mesa technology, planar technology, integrated circuits, MOS transistors, Robert Noyce, Jean Hoerni, Jack Kilby, Intel, Texas Instruments, Sputnik, Liên Xô.

Robert Noyce  và  Gordon Moore rời Fairchild Semiconductor vào năm 1968 để mở hăng Intel, sau này trở thành chipmakers lớn nhất thế giới. Bốn người trong nhóm “The Fairchild Eight” [1] Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last và  Sheldon Roberts rời Fairchild năm 1961  lập ra hăng Amelco. Kế tiếp theo , Victor  Grinich  rời Fairchild  vào năm 1968 về  dạy ở Stanford và Berkeley và Julius Blank  quyết định đi làm chuyên gia tư vấn vào năm 1969. Thêm vào đó,  một số hăng khác cũng được thành lập do một số nhân viên từ Fairchild , trong số đó có AMD, National Semiconductor, LSI Logic, Altera và Xilinx. Về lănh vực tài chánh, venture capital được thành lập  bởi nhân viên cũ của Faichild   kể cả Kleiner và  Perkins đă đóng vai tṛ quan trọng ở Sequoia Capital, một cơ quan lớn về lănh vực hổ trợ tài chánh trong vùng (nên nhớ là trước đó không có venture capital ở vùng West Coast!). Sự phát triển dây chuyền bắt đầu từ Fairchild làm nền tảng cho sự thành h́nh của Silicon Valley sau này : Noyce là mentor của Steve Jobs; Steve lại trở thành advisor cho Google founders (Sergey Brin và Larry Page). Về phương diện kỹ thuật, bốn  đóng góp then chốt của Fairchild trong công nghệ vi mạch là:  silicon mesa transistors, planar technology ,  integrated circuits và MOS transistors. Năm 1979, hăng Schlumberger mua Fairchild Semiconductor ; rồi sau đó bán lại cho National Semiconductor vào năm 1987. Fairchild trở thành một hăng độc lập  trở lại vào năm 1997, đặc căn cứ ở miền vùng bờ biển phía đông (East Coast)  và có tên trong danh sách Sở Giao Dịch Chứng Khoán Nữu Ước (New York Stock Exchange)  từ năm 1999.

1. Câu chuyện bên lề thay lời tựa

“…And now, the end is near;
And so I face the final curtain.
My friend, I’ll say it clear,
I’ll state my case, of which I’m certain.
I’ve lived a life that’s full.
I’ve traveled each and every highway.
But more, much more than this,
I did it my way…”

            (Một đoạn trong bài hát “My Way” của  Frank Sinatra)

Sau khi xong một vài công việc của tôi [2] ở University of Hawai’i, Manoa xong, sẵn c̣n th́ giờ nên tôi và nhà tôi đi dạo t́m một quán cà phê trong campus để ngồi tán dóc.  Mỗi ngày chúng tôi  lái ngang qua đây, nhưng hôm nay là lần đầu tiên đặt chân đến campus. So với những campus của các trường đại học khác ở nội địa th́ campus này thuộc cỡ trung b́nh.  Có điều là so với sinh viên da trắng, sinh viên vóc dáng Á Châu và ở các đảo lân cận như Samoa. Guam, v..v.. đây h́nh như nhiều hơn.  Đi được một đoạn đường chúng tôi vẫn không t́m được quán cà phê; nhưng thay vào đó  chúng tôi t́nh cờ khám phá ra một khu vực với cây cối cắt xén rất  đẹp và có vẻ “rất  Nhật”. Ṭ ṃ, chúng tôi thử ghé lại  xem th́ được biết đây là  East West Center, một trung tâm nổi tiếng của đại học. Tên chính thức của trung tâm này là The Center for Cultural and Technical Interchange Between East and West .Trung tâm do Quốc Hội Mỹ thiết lập vào năm 1960 với  mục đích là trao đổi giáo dục, văn hóa giữa các nước trong vùng Thái B́nh Dương, Chấu Á và Mỹ. Trung tâm này trong vài năm đầu gồm có tất cả 6 ṭa nhà: Edmondson Hall (bốn tầng với lớp học và pḥng thí nghiệm), Kennedy Center (dùng cho các hội nghị lớn, ḥa nhạc với 800 chỗ ngồi),  Hale Kuahine (cư xá nữ, bốn tầng), Lincoln Hall (4 tầng , cư xá dành cho học giả và cán bộ giảng huấn), Jefferson Hall ( bốn tầng gồm có pḥng hội nghị, cafeteria và văn pḥng của ban quản ly)  và Hale Manoa (13 tầng, cư xá nam cho 480 sinh viên- từ 1990 cư xá này dành cho cả nam lẫn nữ, H́nh 2).  Cả hai cư xá và vài ṭa nhà  khác do kiến trúc sư Ieoh Ming Pei hay thường gọi tắc là I.M.Pei thiết kế. Nên ghi chú ở đây là I.M. Pei là một kiến trúc sư người Mỹ gốc Tàu  nổi tiếng đă lănh giải  Pritzker Prize (tương đương với Nobel Prize về ngành kiến trúc); ông cũng đă thiết kế nhiều ṭa nhà trên thế giới trong số đó có J.F. Kennedy Library, National Gallery of Art , và  Louvre Pyramid (Pháp) và Miho Museum (Nhật) . Ngoài chính phủ liên bang và tiểu bang Hawai’i , c̣n có hơn 22 hăng Nhật và một số quốc gia trong khu vực hổ trợ tài chánh  cho các hoạt động của trung tâm này. Nằm sau Jefferson Hall [H́nh 1] là một khu vườn Nhật có tên  “Seien” (Serene Garden, H́nh 1 & 2). Chúng tôi đi dọc theo con suối Manoa.   Con suối này có ba tầng thiết kế giống như ḍng sông bắt nguồn từ trong núi; chảy xuyên qua vùng đồng bằng  và chảy chậm lại khi ra gần đến biển. Theo triết ly và truyền thống của người Nhật,  ba tầng này biểu hiện cuộc đời  của con người: bắt đầu  chảy nhanh với nhiều ṿng xoắn tượng trưng cho những thăng trầm lúc c̣n trẻ; trở thành  điều ḥa, chín chắn  lúc trưởng thành ; rồi chậm lại , trở nên trầm lặng hơn lúc tuổi càng về già.  Mặt nước yên tĩnh của con suối đôi lúc bị giao động với đàn cá “koi” (Japanese carp) đủ màu; một biểu tượng của sự kiên tŕ và dũng cảm v́  theo truyền thuyết, những con cá này phải đấu tranh cố bơi ngược ḍng nước chảy  để trở về nguồn. Đi khoảng vài trăm mét, chúng tôi thấy một ngôi nhà trà đạo với tấm bản đề tên Chashitsu Jakuan (Cottage of Tranquility). Ngôi nhà  “ chanoyu” này nhỏ , xinh xắn  làm tôi nhớ lại những tea house có cái tên En ở Gion , nằm cạnh Chionin Temple ở Kyoto. Đối với người Nhật, chữ En có nhiều nghĩa: En  có nghĩa là “duyên”/số, “viên”/măn , “yến”/tiệc, “viện”/ trợ và  “diễn”/ xuất. Riêng hai chữ “duyên” và “viên” có tính cách tôn  giáo, nhất về thiền học : Chữ duyên có nghĩa là cơ duyên , c̣n chữ “En” nghĩa là “tṛn/marui”, có nghĩa là không có bắt đầu và cũng không có chấm dứt; không có khiếm khuyết  mà cũng không có sự đứt đoạn. Một kết nối liên tục như ḍng đời sinh tử, tử sinh.

 Lúc chúng tôi đến Chashitsu Jakuan, một số sinh viên thực tập đang chuẩn bị pha trà cho  quan khách.  Chúng tôi quan sát cử chỉ và các di động của người chủ (host) trong bộ áo kimono sặc sỡ  và quan khách (guests) ăn mặt rất “casual”. Như những “chanoyu” khác tôi có dịp  tham dự trước đây lúc c̣n đi học ờ Fukuoka và Osaka, trước tiên khách đi vào pḥng  trà qua  một cánh cửa nhỏ và thấp nên buộc phải cúi đầu; rôi người chủ lần lượt cúi đầu chào từng người khách một khi họ bước vào. Không khí trong pḥng trong sáng và thanh tịnh. Buổi lễ bắt đầu  với người chủ  lau sạch và chuẩn bị các dụng cụ cần thiết. Cử chỉ  và  các điệu bộ di động của cô rất chậm răi, khoan thai và thoải mái; h́nh như cô đang chánh niệm, tỉnh thức  theo dơi từng  cử động của ḿnh. Bên cạnh cô là hộp đựng dụng cụ làm trà (chabako), hộp trà (chaki), b́nh  nấu nước nóng  bằng sắt (kama) được đặt trên chiếc ḷ (furo). B́nh  có nắp chứa nước sạch (mizusashi), đồ dụng cụ gọi là chasen kusenaoshi  làm bằng ceramic  dùng để giữ đồ khuấy trà (chasen), một cây quạt (sensu) và một  tấm vải bằng lụa màu tím (fukusa) được xếp lại thành h́nh tam giác.  Sau thủ tục làm sạch các dụng cụ,  cô ta  chuẩn bị pha trà  bằng cách múc ba muỗng  trà xanh (matcha green tea) với cái muỗng xúc trà có tay cầm dài (chashaku)   và đổ vào  cái bát (chawan)  cho mỗi vị khách.  Cô thêm nước nóng vào chawan  bằng cái muỗng tay dài bằng tre (hishaku) và khuấy với đồ khuấy được chẻ ra thành cộng từ một miếng  tre (chasen) đến khi thành một lớp trà xanh mỏng  hiện lên trong chawan.  Người chủ  mang từng bát  trà đến người khách bằng cách vừa quỳ vừa xê dịch  bằng hai đầu gối; chủ khách cúi đầu chào nhau. Mỗi động tác diễn ra rất chậm- h́nh như mỗi người cố theo dơi từng động tác của ḿnh.  Người khách đầu tiên nhận chén trà,  quay chén trà ba lần theo chiều kim đồng hồ , rồi bắt đầu  uống. Sau đó, người khách lau vành bát  trà, và quay ngược lại ba lần để đưa tách trà về vị trí ban đầu,  rồi chuyển sang người khách bên cạnh. Những vận động này cứ tiếp tục cho đến người khách cuối cùng. Sau khi  tất cả  người khách uống xong, người chủ  rửa chawan, chasen và  chashaku. Trong lúc này khách có cơ hội quan sát những dụng cụ dùng trà ; một sồ được truyền lại qua nhiều đời, nên khá hiếm và quy.

         

H́nh 1: Jefferson Conference Hall (h́nh bên trái)  khu vườn Nhật (h́nh bên phải). H́nh do tác giả chụp.

            

H́nh  2 : Hale Manoa Dormitory, do I.M.Pei  thiết kế [3] (h́nh bên phải)
và  nhà uống trà, tháp chín từng và đàn cá “koi”  trong khu vườn Nhật (h́nh bên phải , do tác giả chụp) .

          

H́nh 3: Thai Pavilion , quà tặng  của quốc vương  Bhumibol và hoàng hậu  Bhumibol Adulyadej của Thái vào năm 1964 (h́nh bên trái)
  và Center for Korean Studies, xây năm 1979 (h́nh bên phải). H́nh do tác giả chụp.

Khoảng 20 phút sau khi “chiêm ngưỡng”  lễ trà đạo, chúng tôi tiếp tục cuộc “khám phá ngẫu nhiên” này . Giữa đất trời lộng lộng, gió mát trong lành, tôi cảm nhận được một  nguồn tự do mênh mông;  vừa đi tôi vừa nhớ lại những ngày “gasshuku” ở một ngôi chùa trên núi Koyasan , thuộc huyện Wakayama ở Nhật.  Ngày nào cũng dậy sớm, ăn chay, hành thiền  và leo núi! Có mệt nhưng vui và ḷng lúc nào cũng thật thanh thản ,nhẹ nhàng. Một cảm giác trong sáng và thanh tịnh. Những cát bụi trong đời h́nh như lắng đọng…

“…Giữa đất trời trải rộng thênh thang muôn nơi, ru nhịp đời mênh mang trong tôi; người người trở về trong cánh rừng nhỏ thầm kín ngàn đời.
Koyasan sáng nay thông reo ngút ngàn , cụm mây trắng nhẹ nhàng lướt bay trong bầu trời xanh sâu thẳm; mọi vật bao trùm với ngàn tia nắng nồng nàn sưởi ấm tâm thân.
Người cúi đầu chào người nhẹ bước thong dong, nghe hơi thở nhịp nhàng theo từng điệu thở;
Chim trao nhau  lời  hát, cánh hoa là tứ đại sắc thắm tươi cười, ḥa nhịp đều cùng tiếng chuông chùa ngân xa, khi bổng lúc trầm.
An hưởng phút giây, tránh những tạp niệm phóng tâm  và quên đi những mẫu chuyện quá khư tương lai qua ḍng năm tháng …”

Chúng  tôi đi “chầm chậm” dọc theo con suối  Manoa chảy ngoằn ngoèo ôm kín bờ đá rêu phong xanh màu năm tháng. Theo từng hơi khí  hít vào thở ra. Đếm bước chân giẩm theo vạt nắng hiền ḥa.

“…Hít vào hơi thở mênh mang
Thở ra âm điệu nhịp nhàng
Lá rơi xanh nền thảm cỏ
Chim non lời gọi âm vang…”

Tôi lắng nghe tiếng thời gian  ngân vang. Lúc dồn dập, lúc dịu dàng. Âm điệu nhịp nhàng một ngày mới đến.  Vài cô câu sinh viên ngă đầu bên gốc cây ḥ hẹn. Tâm sự một thời, một giờ, một phút trôi qua. Và cuối cùng chúng tôi nghỉ chân ở  Thai Pavilion và  Center for Korean Studies (H́nh 3).

“…Tâm hồn ta thanh thản
Như con suối hôm nay
Để ngàn tia nắng vỡ
Len vào hồn ta say…”

2. Bốn  đóng góp then chốt của Fairchild vào công nghệ vi mạch

Từ giữa thập niên 50’s và thập niên 60’s, Fairchild Semiconductor đă góp phần quan trọng trong việc tạo dựng công nghệ vi mạch sau này. Hăng đă tung ra thị trường  đầu tiên silicon mesa transistor , planar transistors, vi mạch tích hợp IC. Hăng này cũng đă nghiên cứu thành công những dữ liệu căn bản trong việc sản xuất  metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors: 

2-1 . Sản phẩm đầu tiên của Fairchild là  double-diffused  silicon mesa transistor

Fairchild  được thành lập đúng lúc “in the right place at the right time”/ thiên thời, địa lợi, nhân ḥa. Ngay  sau khi đại chiến thứ hai vừa chấm dứt; nhiều người đến California từ các tiểu bang khác để t́m công ăn việc làm (một golden rush lần thứ hai!)   v́ thế dân số California gia tăng rất nhanh. Hơn thế nữa, đây cũng là thời điểm Liên Xô (Soviet Union) phóng vệ tinh Sputnik đầu tiên; sự kiện này đă gây rất nhiều xôn xao trong dư luận và áp đặt nhiều áp lực trên chính quyền Mỹ. Kết quả là Mỹ bắt đầu cuộc chạy đua không gian (space race) với Liên Xô. Để nắm được ưu thế trong cuộc chạy đua này,  chính phủ Mỹ  cần rất nhiều linh kiện bán dẫn transistors. Mục đích chung của nhóm là sản xuất sản phẩm đầu tiên- a double diffused silicon mesa transistor- càng nhanh càng tốt  dùng kỹ thuật học được ở Bell Labs và những kinh nghiêm the Fairchild Eight đạt được trong thời gian làm việc ở Shockley Semiconductor. Như đă tŕnh bày trong những số trước, để chính phủ Mỹ khỏi phải phân chia Bell Labs thành nhiều hăng nhỏ biệt lập, Bell Labs đă đồng y chia xẻ những kỹ thuật họ khai phát được với những hăng khác tại Mỹ. Lợi dụng cơ hội này,  Shockley kư hợp đồng  với Bell Labs nên một số người thuộc nhóm “ Fairchild Eight” có  cơ hội tham gia  the” Diffusion Conference” ở Bell Labs ngay sau khi kỹ thuật khuếch tán này được khám phá và triển khai tại Bell Labs và thu thập được những tài liệu liên quan đến việc sản xuất  double- diffused silicon transistors. Linh  kiện điện tử này có cấu trúc n-p-n  hay  p-n-p và dựa vào kỹ thuật do Tannenbaun và Thomas làm ra trong pḥng thí nghiệm ở Bell Labs [4]. Tannenbaun và đồng nghiệp đă tạo n-p-n  transistors  bằng cách khuếch tán một chất kim thuộc  vào vùng  base  và vùng  emitter nằm trên  bề mặt của tấm nền silic. Và những transistors được giữ cách nhau bằng nhựa epoxy.  Cấu trúc này có tên là mesa structure [Hinh 4]. Với cấu trúc mesa, vùng tiếp xúc emitter và base  nằm trên bề mặt , c̣n vùng  tiếp xúc collector nằm ở phần dưới của tấm nền silic. Theo Bell Labs,  nhôm/aluminum (đóng vai tṛ như acceptor) được dùng làm ohmic contact với lớp loại p (p-type) silicon và tạo nên n-p-n transistor; trong khi đó gold- antimony alloy  được dùng làm contact với emitter . Antimony  hỗn hợp  với silicon và đóng vai tṛ  như donor để tạo nên lớp loại n (n-type). Phương pháp dùng hai loại kim loại khác nhau trong việc tạo điểm tiếp xúc gây nên phức tạp và không thuận lợi trong việc chế tạo hàng loạt; nên Fairchild cố t́m một kim loại khác  có thể dùng cho tất cả các điểm tiếp xúc với  transistors. Fairchild dùng aluminum.  Sau khi nung nóng aluminum ở nhiệt độ  cao hơn silicon aluminum eutectic temperature  và thấp hơn  điểm nóng chảy (melting point) của chất này, aluminum contacts được h́nh thành . Cho đến ngày hôm nay, aluminum vẫn là chất kim loại chính dùng trong  những tuyến nối kết (interconnect) của các mạch tích hợp. Giải pháp  aluminum rất thích hợp với n-p-n  transistors nhưng không tạo được điểm tiếp xúc tốt với lớp base nơi   lượng doping thấp như trong cấu trúc  p-n-p transistor. Đây cũng là ly do sản phẩm đầu tiên  của Fairchild là n-p-n silicon transistors [5]. Vào năm 1958, lần đầu tiên Fairchild sản xuất 100 transistors (model 2N696 và 2N697) tương đối lớn nhưng có ḍng điện 150 mA đủ để khởi động bộ nhớ lơi từ (drive magnetic core memories) trong onboard computer mà Government Systems Division của IBM chế tạo để dùng trong  hệ thống dẫn hướng và chế ngự (guidance- and- control system)  của B-70 bomber. Sau đó, Fairchild sản xuất transistors nhỏ hơn với tốc độ đóng ngắt mạch (switching speeds) cao hơn ở ḍng điện nhỏ và tuổi thọ (lifetime) gia tăng hơn bằng cách khuếch tán kim thuộc vàng vào phía sau của tấm nền silíc để tạo những trung tâm tái kết họp chất tải hữu hiệu (effective carrier recombination centers). Những transistors này sau đó được dùng nhiều  trong những ứng dụng thuộc về mạch logic (logic applications). Doanh thu kỷ lục ($500,000) vào năm đầu tiên đến từ sản phẩm duy nhất này. Đây là một thành công rất đáng kể vào thời điểm 50’s!

2-2 Planar technology/planar transistors

Về mesa transistors,  vùng  tiếp hợp emitter- base  để lộ ra ở phía trên  bề mặt giữa hai điểm tiếp xúc kim loại, trong khi đó  vùng  tiếp hợp base-collector th́ nằm giao nhau ở bề hông của  linh kiện điện tử dạng mesa  (Fig.4, bên trái). Khi có điện trường,  vùng tiếp hợp emitter-base trên bề mặt rất mẫn cảm với sự ô nhiễm của môi trường chung quanh, gây nên  sư giảm thiểu độ lợi suất (gain)  rất nhanh và như trong   trường hợp  của vùng tiếp hợp với emitter,  đánh thủng điện áp (breakdown voltage)  và đặc tính ṛ rĩ (leakage characteristics)  có thể thay đổi. Một vấn đề nữa  mà Fairchild   nhận thấy là một số transistors  nằm trong hộp bịt kín với khí nitơ  khô  có đặc tính ở vùng tiếp hợp với emitter (emitter junction characteristics) không ổn định.  Và đánh thủng điện áp   đôi khi có thể giảm  hàng chục volts  và trở thành không ổn định, gây ra vấn đề với độ tin cậy (reliability) của những linh kiện bán dẫn này. Sự kiện này  gây ra bởi các hạt nhỏ (particles) trong lúc gói b́  v́ những hạt nhỏ  này  thu hút điện trường nhiều hơn , gây ra sự đánh thủng điện áp sớm (premature breakdown).

Một   giải pháp cho những vấn đề trên là để lại  lớp oxít – hay tạo nên một lớp oxít mới  để bảo vệ vùng  tiếp hợp.

            

H́nh 4: Schematic cross section of an early mesa transistor  made by Fairchild Semiconductor  [figure on the left [5] ]
  and schematic  cross section of a planar transistors (figure on the right, Stanford University Archives and  [6])

Chỉ hai  tháng sau khi hăng Fairchil được thành lập, Hoerni đề nghị là thay  v́ khắc ṃn (etching away)  lớp oxít  ở công đoạn cuối cùng trong lúc chế tạo transistors,  nên giữ lớp oxít này lại để  bảo vệ cho vùng tiếp hợp. Vào tháng 12 năm 1957, Hoerni viết những ư nghĩ của ông trong quyển sổ tay thí nghiệm với  nhan đề “Method of protecting  exposed p-n junctions at the surface of silicon transistors by oxide masking techniques” . Câu đầu tiên của Hoerni là : “This general idea underlying this invention is the building up of an oxide  layer prior  to diffusion of dopant atoms  at the places  on the surface  of the transistor  at which p-n junctions are expected to emerge  from the body  of the semiconductor.  The oxide layer  so obtained  is an integrant (sic) part of the device  and will protect the otherwise  exposed  junctions  from contamination and possible electrical leakage due to subsequent handling, cleaning , [and] canning of the device [7]” . Phần viết này được làm chứng và ky tên cùng ngày bởi  Robert Noyce.  Lợi điểm khác của phương pháp Hoerni là những đường dây dẫn điện  có thể kết nối hữu hiệu và tất cả mọi công đoạn chế tạo có thể thực hiện trên  cùng một phía  của tấm nến silíc . Đây là lợi điểm rất quan trọng trong việc chế tạo IC.

Vào thời điểm Hoerni đề nghị y tưởng này, Fairchild không có khả năng để thực hiện. Thêm vào đó,  lúc đó tất cả mọi năng lực và thời gian của Fairchild đều dồn vào việc sản xuất mesa transistors- mục tiêu đầu tiên của hăng . Và sau khi kỹ thuật  về khuếch tán (diffusion từ Bell Labs.), oxide masking (từ Bell Labs) và photolithography  được thiết lập, Hoerni trở lại thực hiện y ‎tưởng ban đầu của ḿnh.  Với sự giúp đỡ kỹ thuật của Jay Last,  vào  tháng  ba năm 1959; Hoerni chế tạo thành công prototype planar transistors và tránh được những yếu điểm của mesa transistors và c̣n làm cho linh kiện điện tử  nhẹ, nhỏ hơn và giá thành sẽ rẻ hơn.  So với mesa transistors, transistors mới này c̣n  có những lợi thế về đặc tính điện như lợi suất cao hơn (higher gains), ḍng điện ṛ rĩ (leakage currents)  thấp hơn, trong phạm vi khoảng chừng vài  nanoampere.  Hoerni phát biểu kết quả này tại  Hội Nghi về Electron Devices  tại Washington, D.C. vào tháng 10 nắm 1960 [8]. Cơ quan thẩm định bằng sáng chế của Mỹ  cấp Hoerni và Fairchild bằng sánh chế về quy tŕnh planar technology vào tháng ba, 1962 [H́nh 5].

Và 1960, Noyce và Moore quyết định chuyển hướng  sản xuất ở Fairchild từ mesa  technology sang planar technology.

H́nh 5: Fairchil nhận được bằng sáng chế từ Cơ quan thẩm định bằng sáng chế Mỹ vào ngày 20 tháng 3 năm 1962.

2-3 Vi mạch tích hợp (Integrated circuits)

Đồng thời với sự thành lập hăng Fairchild Semiconductor,  cũng có một hăng nhỏ tên là Texas Instruments (TI)  được tạo dựng lên ở Austin, Texas, để  sản xuất germanium transistors. Vào năm 1958, Jack Kilby của TI  là người đầu  tiên t́m ra phương pháp để kết nối  nhiều transistors và các linh kiện điện tử (như phần tụ điện, điện trở) với nhau trên cùng một  tấm nền (lúc đầu là germanium, sau này silicon) dùng phương pháp hàn (soldering) từng bộ phận một với nhau [H́nh 6] . Kilby và TI nhận được bằng sáng chế về quy tŕnh chế tạo vào 23 tháng  1 , năm 1964 [H́nh 7]

Ở Fairchild, Vào ngày 23  tháng 1 năm 1959, với sự thúc dục của luật sư phụ trách  về bằng sáng chế và với mô h́nh về planar technology của Hoerni, Noyce viết vào trong sổ tay  thí nghiệm của ông  nhan đề “Method of isolating  multiple devices” đề nghi tất cả transistors được nối kết với nhau theo  quy tŕnh chế tạo nguyên khối (monolithic approach) và những linh kiện điện tử được giữ cách nhau bằng lớp silicon oxide. Giải pháp này  giải quyết được yếu điểm  trong   phát minh của Kilby.

 Bob Noyce  t́m cách kết nối bằng cách tích hợp các linh kiện điện tử và mạch  liên kết với nhau và  cách biệt những bộ phận này bằng lớp silicon oxide. Noyce cũng đề nghị đặt trên lớp silicon oxide  các mạch tiếp nối bằng nhôm (aluminum interconnections) giữa hai thành phần điện tử và  để cách điện với tấm nền silíc nằm  phía dưới.. Tựa đề của bằng sáng chế  của Noyce là “Semiconductor  Device- and- Lead Structure” Noyce filed ngày 30 tháng 7,  1959, và được cấp bằng sáng chế vào ngày   25, tháng tư, năm  1961 [ H́nh 8].

Noyce và Kilby là hai người đă đề nghị và thực hiên vi mạch tích hơp (intergrated circuits), mở đầu cho sự lớn mạnh của kỹ nghệ điện tử sau này. Kilby nhận giải Nobel về vật ly‎ về công tŕnh này  vào năm 2000 (lúc ấy Noyce đă  qua đời rồi , nên không nhận được giải).

 

H́nh 6: Prototype liên quan đến mạch tiếp hợp do Jack Kilby chế tạo ở Texas Instruments [9].

 

H̀nh 7: Bằng sáng chế cấp cho Kilby và TI vào ngày 23 tháng 6, năm 1964.

 

                      

            H́nh 8: Bằng sánh chề vi mạch tích hợp của Robert Noyce, trong đó ông dùng   planar technology của Hoerni.

 

                       

Fig. 9. Prototype về IC  do Jay Last chế tạo [tài liệu từ Fairchild Semiconductor]

Cũng nên ghi nhận ở đây là planar technology và mạch tích hợp IC  sẽ không thể thực hiện được nếu không có phát minh của M.M. Atalla ở Bell Labs. Atalla triễn khai và đề suất  phương pháp nhiệt vào năm 1963 để chế tạo lớp silicon oxide và giải quyết được vấn đề mà  Last và Hoerni gặp phải. H́nh 9  biểu hiện prototype của IC đầu tiên ở Fairchild do  Jay Last chế tạo. Phải mất Last  và nhóm của ông   gần 2 năm mới có thể  tung IC ra thị trường  với  planar processing.

2-4 MOS transistors

Với phương pháp dùng  hệ thống nhiệt để tạo lớp silicon oxide với chất lượng cao, Atalla  và Dawoo Khang của Bell Labs đă  chế tạo thành công  field effect transistors thật sự vào năm 1960- sau  ngay đó được biết với cái tên là MOS (metal –oxide transistor) [10]. Fairchild triễn khai kỹ thuật này trong việc sản xuất và đưa ra thị trường MOS transistors.

3. Lời kết

Fairchild Semiconductor được thành lập vào ngày 18 tháng 9 năm 1957 với những “accidental entrepreneurs” và dưới sự tài trợ của Sherman Fairchild, một nhà phát minh và cũng là một kỹ nghệ gia. Bốn  đóng góp then chốt của Fairchild- silicon mesa transistors, planar technology, mạch tích họp IC  và MOS- đă đóng vai tṛ rất quan trong trong việc phát triễn công nghệ vi mạch sau này từ kỹ thuật, kinh doanh đến venture capital.  Những đóng góp này đă ảnh hưởng trong việc sinh sôi nẩy nở của hơn 400 hăng và  manh nha việc thiết lập hê thống venture capital ở vùng Silicon Valley. “Fairchildren” Arthur Rock và Eugene Kleiner sau này là hai nhà  venture capitalist nổi tiếng đă đầu tư vào rất nhiều hăng về kỹ thuật và công nghệ sinh học kể cả Amazon, AOL. Google. LSI Logic, Netscape, Sun Microsystems, Intel, Apple và Tandem Computers.

 

4. Tài liệu tham khảo

[1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Part-7-The-Fairchild-Semiconductor.htm

[2] Nang Tran, http://www.ecosolarcity.com/article.html

[3] Yahoo Image
[4]M. Tannenbaum and D. E. Thomas, “Diffused emitter and base silicon transistors,” Bell Syst. Tech J., vol. 35, no. 1, pp. 1–15,
[5] Gordon E. Moore, The role of Fairchild in Silicon Technology in the Early Days of “Silicon Valley”,  Proceedings of the IEEE, Vol. 86, no.1, January 1998, p. 53-62
[6] Michael Riordan ,  The Electrochemical Society  Interface, Fall 2007)
[7] Jean A. Hoerni, Fairchild Semiconductor Corp., Lab. notebook, p.3 (1 December 1957)
[8] Jean A. Hoerni, “Planar silicon transistors and diode”, Fairchild Semiconductor  report No. TP-14, p.9, Farichild Collection, Stanford University Archives.
[9] Jack Kilby, IEEE Transaction on Electron  Devices, 23, 648 (July, 1976).
[10] Dawon Kahng, IEEE Transactions on Electron Devices, 23, 655 (July 1976).