A series of articles on
“Nobel Prizes in Science & Technology” - Part 5
Williard S Boyle và George E
Smith và Imaging CCD
Trần Trí Năng
(University of Minnesota & Ecosolar International)
"A
cursory inspection will reveal the juries that pick the laureates have
often shown bias, lapses of judgment, and bitter infighting,"
Burton Feldman in The Nobel
prize: A history of genius, controversy and prestige.
“So
I raise the following issues and invite and welcome comments. 1. Do
you think the citation should be changed to eliminate reference to
invention of an imaging semiconductor circuit? 2. If the citation is
not changed should it be awarded to Tompsett instead of Smith and
Boyle? It cannot be awarded to all three.”
(Eugene I. Gordon)
CCD
và giải Nobel Vật Ly năm 2009
Giải Nobel Vật
Ly năm 2009 trao cho Charles K Kao
"for
groundbreaking achievements concerning the transmission of light in
fibres for optical communication.” và Willard S. Boyle andGeorge
E.Smith "for
the invention of an imaging semiconductor circuit, the CCD sensor.”
(Royal Swedish Academy of Sciences)
Giải
thưởng Nobel chẳng những là vinh dư lớn cho cá nhân người lănh giải mà
lại c̣n niềm hănh diện cho cộng đồng và là công cụ tuyên truyền hữu
hiệu có lợi cho chính phủ, trường học, viện nghiên
cứu , hăng xưởng trong việc phát triển sản phẩm, tuyển dụng
người tài, củng cố thế lực và tăng lợi nhuận trên thương trường.
V́ thế, hoạt động “lobby” cũng càng ngày càng trở
nên khốc liệt hơn. “Lobby” người đề cử. “Lobby” hội viên chính
có quyền quyết định của Hàn Lâm Viện Hoàng Gia về Khoa Học của Thụy
Điển hay Royal Swedish Academy of Sciences (xin gọi tắc là Hàn Lâm
Viện Khoa Học Thụy Điễn-HLVKHTĐ). Chỗ nào “lobby” được là người ta
“lobby”! Và số tiền “đầu tư” vào công tác này
không phải là ít. Về lănh vực khoa học và
kỹ thuật, “những người được chọn nhận giải Nobel phần lớn đều có những
đóng góp quan trọng trong lănh vực chuyên môn của họ; nhưng không phải
ai đóng góp nhiều đều được có vinh dự này”. Cũng như những giải
thưởng khác, việc được chọn nhận giải Nobel tùy thuộc vào nhiều yếu tố
chẳng hạn như : công tŕnh & thành tích đóng góp, lănh vực đóng góp,
thời điểm được chọn, thành phần hội viên có quyền quyết định của Hàn
Lâm Viện Thụy Điển , người đứng ra đề cử, và yếu tố “may mắn” nữa. Nói
chung, việc được chọn lựa để lănh giải
thưởng Nobel là kết quả của sự phán đoán “chính xác/hay thiếu chính
xác” và điều may mắn đúng thời cơ. Tiêu chuẩn để chọn người lănh giải
Nobel càng ngày càng mơ hồ , mâu thuẫn với nhau và đôi khi trở nên
“chọn lựa tùy tiện” , “thiếu sự điều tra kỷ lưỡng” của các Hội Viên
thuộc Hàn Lâm Viên Khoa học Thụy Điển. Họ trích dẫn công trạng đóng
góp trong 21 chữ hay ít hơn để biện hộ cho việc chọn lựa của họ. Như
tên “Hàn Lâm Viện Khoa Học” ám chỉ, theo truyền thống, giải Nobel về
vật lư chỉ dành cho những phát minh khoa
học có tầm đóng góp quan trọng lớn trong sự phát triển và thịnh vượng
của xă hội loại người. Trong chiều hướng này, những người phát minh (khoa
học) sẽ nhận giải và những người hoàn thiện phát minh thành sản phẩm (kỹ
thuật) sẽ không được hân hạnh này. Thường
th́ phải đợi ít nhất vài chục năm sau khi phát minh ra đời để xem ảnh
hưởng của phát minh này như thế nào trước khi được
chọn . Giải thưởng Nobel Vật lư 2000 về mạch tích hợp phát cho
Jack Kilby (Robert Noyce lúc đó đă qua đời)
đă phá vỡ tiền lệ này. Nhưng Kilby (Texas Instruments) và Noyce đều
bắt đầu từ phát minh và tiếp tục phát triển khái
niệm cho đến khi thành sản phẩm với quy mô khổng lồ. Trường hơp của
giải Nobel về đèn LED vào năm 2014 th́ khác! GS.
Isamu Akasaki (Meijo Univ.), GS Hiroshi Amano (Nagoya Univ.
) và GS Shuji Nakamura (Univ. California, Santa Barbara) được
Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển chọn nhận giải Nobel vật lư năm 2014
về thành công mang đến quần chúng hàng loạt đèn LED với citation:
“for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has
enabled bright and energy-saving white light sources.”.
( Ghi chú: để biện hộ
cho ly do họ chọn ba GS nói trên, họ đă thêm vào câu tḥng trong
citation “…which has enabled bright and energy-saving white light
sources.” V́ nếu không có câu này th́ giải Nobel 2004 về LED sẽ
phải dành cho GS. Nick
Holonyak Jr và TS Herb Maruska!)
Ba vị giáo
sư này được giải Nobel v́ đă phát minh đèn blue LED dựa trên chất
GaN có hiệu xuất tốt và một nguồn ánh sáng
trắng sáng dựa trên đèn LED này và tiết kiệm được năng lượng. Chiều
hướng chọn lựa cũng đă khác với tiêu chuẩn chọn lựa truyền thống là
giải thưởng trao cho người hoàn thiện phát minh mà không cho người
phát minh, ngay cả không “đá động” ǵ đến phát minh và công tŕnh đóng
góp về LED của GS Holonyak và những nhà nghiên cứu khác như Maruska.
HLVKHTĐ c̣n nói “ lịch sử của blue LED vừa
mới tṛn 20 tuổi”; thực ra “lịch sử có từ 1960” và bắt nguồn từ RCA-
New Jersey (Mỹ) chớ không phải từ Nhật.
GS Nick Holonyak Jr. của University of Illinois at Urbana -Champaign
(UIUC) phát minh đèn LED với ánh sáng nh́n thấy (màu đỏ) lần đầu tiên
vào năm 1962 khi ông làm việc ở General Electric, Syracuse, New York.
Kỹ thuật về LEDs tiếp tục cải tiến và nhiều năm sau GE chế tạo đèn LED
có công xuất 100 W – tương đương với đèn incandescent light bulb- và
tiêu thụ khoảng 2/3 năng lượng ít hơn.
Sau đó, Holonyak rời GE về dạy UIUC và tiếp tục nghiên cứu về đèn
LEDs. Có nhiều người cùng nghiên cứu chung với ông ở UIUC đáng kể nhất
là Cradford, mở đầu cho một số sản phẩm LEDs màu cam, đỏ và xanh với
độ sáng cao (chỉ thiếu màu xanh blue thôi!). Sau khi rời UIUC,
Cradford tiếp tục nghiên cứu ở Monsanto và chế tạo sản phẩm LED đầu
tiên trên thị trường. Một thời gian sau, Cradford đổi sang làm việc ở
Hewlett- Packard (HP). Vào năm 1987, AlGaAs LEDs sản xuất bởi HP đủ
sáng để thay thế bóng đèn dùng trong thắng xe hơi và những áp dụng
khác như
đồng
hồ, tín hiệu giao thông và hiển thị điện tử (electronic displays).
Đèn LEDs dựa trên AlInGaP chế tạo vào năm 1990 cung cấp độ sáng gấp
đôi AlGaAs. HP cũng đă thành công với GaP, đầu tiên là bright green
LEDs vào năm 1993, và một năm sau đó với reddish – orange AlInGaP LEDs
. Riêng về đèn LED màu blue, Maruska đă chế tạo thành công dẻn GaN màu
xanh blue vào năm 1972 khi ông c̣n làm việc ở RCA.
Năm 2009, Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điễn (Royal Swedish Academy of
Sciences)
đă dành
Giải
thưởng Nobel về Vật ly cho TS Willard S. Boyle và TS George E Smith
của Bell Labs. Việc chọn lựa này lại càng mâu thuẩn hơn v́ khái niệm
về CCD (charged coupled device) mà hai vị này đề cử thuộc về memory
CCD và không liên quan trực tiếp đến imaging CCD. Đây không hẵn là
một phát về khoa học v́ những khái niệm căn bản góp phần vào cấu
trúc CCD của hai ông đều được biết trong cộng đồng khoa học vào
thời cuối thập niên 60’s. Trong khi đó, Mike Tompsett , người đă chế
tạo imaging CCD từ concept đến prototype th́ không được thừa nhận.
Trong bài viết này, chúng tôi xin chia xẻ với quy bạn đọc những dữ
kiện liên quan và góp y về công tŕnh đóng góp của Boyle và Smith dựa
trên hai điểm chính: (i) có thực sư Boyle và Smith phát minh ra
imaging CCD và (ii) citation “for the invention of an imaging
semiconductor circuit- the CCD sensor”của Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy
Điễn có thích hợp và chính xác hay không?
1. “Tản mạn” với vài câu chuyện bên lề
Tháng năm. Tôi cùng gia
đ́nh về thăm Nhật. Tháng này khí hậu ở Nhật tương đối dễ chịu hơn với
vài cụm gió nồm và vài cơn mưa nhẹ vào buổi chiều.
Yurakucho.
Shinagawa. Korakuen.
Akihabara. Shinagawa, Yokohama.
Namba. Kiyomizudera.
… Đi qua những con đường, những thành phố cũ. Đó đây “rải rác”
vài kỷ niệm c̣n sót lại. Khu Dontobori vẫn rộn rịp như ngày
nào với làn sóng người lại qua như ngày hội, với ḍng sông Dontobori
đèn choochin đỏ sáng về đêm . Akihabara giờ
tấp nập hơn với hàng ngàn quán.về games, computers. “Cái thuở xa xưa”
chợt hiện về rối chợt tắt đi như ngọn nến “lắc lư”
trong gió.
“…Mưa tháng năm
Vuốt chải làn tóc rối
Chiều Namba
Gió nhẹ mát ḷng người…
Văng vẵng đâu
đây
Giọng nói , tiếng cười
Như chào đón khách xa
Về dự hội…”
H́nh 1.
Trở lại Kodokan sau hơn 40 năm.
Ṭa nhà trở nên khang trang hơn với tám tầng lầu và nhiều thiết bị.

H́nh 2.
Với hai sinh viên Nhật sau buổi seminar về y học
điện tử của tôi ở
Osaka.
Nh́n những khuôn mặt trẻ trung, ḿnh chợt nhớ lại ngày nào
cũng bận rộn “nghiên cứu, luận văn” và đấu tranh t́m sống (bên trái)
Với chồng dĩa sau “chiến trường thu dọn” tại một quán Sushi ở
Tokyo (bên phải).
Umeda, Nakamozu. Sân
ga, con tàu với người đi, kẻ đón. Đợi chờ,
hy vọng dù một chút rất mong manh. Tôi chợt nhớ lại mấy câu thơ
trong bài “Bóng người trong sân ga” của Nguyễn Bính:
“...Tôi đă từng
chờ những chuyến xe
Đă từng đưa đón kẻ đi về
Sao nhà ga ấy, sân ga ấy
Chỉ để cho ḷng dấu biệt ly...”
2. Sơ
lược về cơ cấu tổng quát của CCD.
Khi ánh sáng chiếu trên bề mặt của CCD,
quang tử (photons) biến đổi sang tích điện (electronic charge) nằm
ở những vị trí riêng rẽ như là điểm ảnh
(pixels), vùng quang tử (photo sites), quang điốt (photodiodes) hay
hay bộ tụ điện (capacitors).
Theo hiệu ứng
quang điện (photoelectric effect), số lượng tích điện tùy thuộc vào
lượng ánh sáng chiếu vào. H́nh ảnh sáng tương đương
với lượng tích điện lớn trong khi đó h́nh
ảnh tối th́ ngược lại sinh ra do lượng tích điện thấp. Lượng tích
điện sau đó được di chuyển qua nhiều giai tầng nằm kế tiếp nhau bằng
bộ ghi dịch (shift registers) và đồng hồ tín hiệu (clock signal). Điểm
ảnh cuối cùng trong dăy pixels sẽ chuyển
di điện tich vào bộ khuếch đại điện tích (charge amplifier) và biến
đổi điện tích sang điện áp (voltage). Tín hiệu analog dược đổi sang
dạng thức digital (0’s hay 1’s). H́nh ảnh của
CCDs có thể thực hiện theo ba dạng thức: hoặc từng pixel một, từng
hàng một hoặc từng vùng (H́nh 3) .

H́nh 3.
CCD’s chế tạo trên một tấm nền silíc (tài liệu từ Don Groom LBNL, [1])

H́nh 4.
CCD gồm có nhiếu đơn vị nhận tín hiệu
riêng rẽ (photo sites, capacitors, pixels [2-3].
3..
Đóng góp của William Boyle và George Smith vào sự phát minh
imaging CCD
3-1 Nghiên
cứu về bubble memory ở
Bell Labs vào cuối thập niên 60s
Vào cuối
thập niên 60’s , Bells Labs ( trung tâm
nghiên cứu chánh của AT &T , nay thành Lucent Technologies*) có nhiều
nghiên cứu về the picture phone và semiconductor bubble memory làm
nền tảng cho việc phát sinh CCD sau này. . Lúc đầu
CCD được thiết kế để dùng trong bộ nhớ CCD (memory CCD ); và
sau này cấu trúc được biến đổi để dùng trong
imaging CCD vào đầu
thập niện 70’s. .
Vào cuối thập niên
60’s, Bell Labs phát minh bong bóng từ (magnetic bubble).
như là một phương án mới và độc đáo để xử ly thông tin
(information) bằng cách di động các miền từ
(magnetic domain) từ một
nơi này đến nơi khác trong bán dẫn chất rắn ; c̣n mạch điện th́ được
tạo nên để dẫn ḍng điện và điện thế từ những pixels. Jack Morton,
phó tổng giám đốc phụ trách Khoa Kỹ Thuật
Bán Dẫn (Semiconductor Technologies) rất quan tâm đến bong bóng từ
(magnetic bubbles) và ông này cảm thấy phải có một phương pháp tương
tự để thực hiện điều này với kỹ thuật bán dẫn chất rắn. Đây cũng là
ly do mà phần lớn các nghiên cứu ở Bell Labs lúc bấy giờ đều chú
tâm đến bong bóng từ.
Làm việc dưới quyền của Morton có William Boyce với chức giám đốc điều
hành, trong khi đó Eugene Gordon là manager dưới quyền của Boyle; báo
cáo trực tiếp đến Gordon có George Smith, Mike Tompsett và nhiều nhân
viên nghiên cứu khác. Sau này Tompsett
lănh đạo trực tiếp công tŕnh nghiên cứu CCD. Morton giao phó
Boyle trách nhiệm t́m phương cách đưa kỹ
thuật bán dẫn vào những ứng dụng liên quan đến bộ nhớ . Đậy cũng là ly
do mà Boyle và Smith gặp mặt nhau để brainstorming trong buổi “họp
mặt lịch sử” mà sau này Boyle và Smith “chủ trương ” rằng họ đă t́m
được giải pháp căn bản của imaging CCD’s, dẫn đến giải Nobel của hai
người sau này. Câu hỏi nên được đặt ra ở đây là liệu chỉ có y
tưởng căn bản của Boyle và Smith thảo luận
với “phấn và bảng đen” mà không có thí nghiệm sau đó có thực sư đủ để
đưa đến sự thành công của imaging CCD hay không? Ngay cho dù Boyce và
Smith có nghĩ ra khái niệm ǵ tuyệt vời đi nữa sau một giờ
brainstorming và sau đó không tham gia ǵ vào các hoạt động liên quan
đến CCD và không có kết quả ǵ về thí nghiệm và tính toán, liệu hai
người cỏ đủ thành tích nghiên cứu để nhân giải Nobel hay không?
Và ai chính là người thực sự phát minh imaging CCD
ở Bell Labs?
3-2 Khái niệm trong buổi brainstorming của Boyle và Smith thiết
lập nền tảng căn bản cho imaging CCD: Điếu
này có đúng không?
Khái niệm dùng bộ ghi dịch dựa trên mạch
tích hợp tuyến tính silíc (silicon IC linear shift
register) để di chuyển thông tin đă được biết trong
cộng đồng khoa học vào thời điểm đó. Nhóm của Gordon phụ
trách về ống ghi h́nh mục tiêu dựa trên
silíc (silicon target vidicon) lúc đó muốn áp dụng khái niệm này cho
những ứng dụng liên quan đến hiển thị (displays). Vào năm 1969, Boyle,
lúc đó đang làm việc trong lănh vực silicon, lo sơ là với cái đà này
những hoạt động liên quan đến nghiên cứu về silicon sẽ chuyển sang
làm những đề tài liên quan đến bộ nhớ với magnetic bubble memory- một
phát minh chính của Bell labs. Nên Boyle nhờ George
Smith suy nghĩ một hướng ứng dụng khác để
đối phó. Đây là ly do chính Boyle và
Smith gặp
nhau trong buổi họp một giờ như đă tŕnh bày
ở trên (một điều thú vị
ở đây là Gordon không được mời tham dự buổi họp này mặc dù Goron là
boss của Smith và làm việc dưới quyền Boyle!). Theo Gordon, ngay cả
trước khi Smith đến gặp Boyle , sau một
buổi họp của nhóm displays do Gordon chủ tŕ ,
Gordon đă đề cập với
Smith khái niệm mà ông đang suy nghĩ về dùng silicon linear shift
register trong ứng dụng hiển thị để Smith hiểu rơ hơn và đề nghị Smith
làm công tác tính toán các dữ liệu dưa vào ly luận đang có. Thâm chí,
Gordon c̣n đưa cho Smith một bài báo cáo
của nhóm nghiên cứu ở Burroughs dùng khái niệm tương tự với shift
register. Bài báo cáo của Burroughs tŕnh bày bộ
shift register để di chuyển điểm ánh sáng dựa trên khái niệm three-phase clock. Khi khái niệm này combined với điều mà nhóm
Gordon đă học và t́m dược trong việc khai phát video camera target dựa trên silíc điốt, khả năng “nhảy vọt/leap” từ khái niệm của
Burroughs đến khái niệm về imaging CCD trở nên một tiến tŕnh họp ly
đối với những người nghiên cứu cùng ngành. Gordon phát biểu như sau:
” chúng tôi đă biết cách tích trữ điện tích trong khoảng không
gian nằm giữa lớp oxide và phần rỗng không trong tấm nền silíc (undepleted
semiconductor substrate), nơi mà điện tích tích trữ có thể di động
khoảng vài centi-mét.” .. Rồi Gordon tiếp
tục: “ việc chỉ cần làm là áp đạt điện áp theo dạng thức
“phase clock” để chuyển di điện tích.” Tompsett cũng có xác nhận
điều là có thấy bài báo cáo về
three-phase shift register của nhóm Burroughs mà Gordon đề cập trên
bàn làm việc của Smith. Tompsett cũng đề cập điều
này trong bản thảo của quyển sách về CCD của ông; nhưng Smith đ̣i hỏi ông phải rút sự kiện này ra khỏi quyển sách và ông làm
theo. Tại sao phải rút sự kiện này ra? Có lẽ để bảo vệ chủ trương của Smith và
Boyce là họ là hai người độc nhất đă nghĩ ra khái niệm shift register
này?!
4. Citation
của Hàn Lâm Viện Thụy Diễn có thích hợp hay không?
Như đă tŕnh bày ở những số trước trong
bài viết, việc chọn giải Nobel tùy thuộc nhiều yếu
tố : lobby, chính trị, marketing để quăng bá trong cộng đồng và thiếu khả năng chuyên môn của những người trong Hội đồng chọn lựa,
nên nhiều trường họp, HLVKHTĐ phải thay đổi citation để phù họp với
việc chọn lựa của ḿnh. Kỳ này,
citation về
việc trao giải Nobel cho Boyle và Smith ““for the invention of an
imaging semiconductor circuit- the CCD sensor”. Câu hỏi then chốt ở
đây là Boyle và Smith có “phát minh” cái “ imaging semiconductor
circuit –the CCD” hay không?. Câu trả lời là
“Không”.
Người phát minh và làm ra imaging CCD là Mike
Tompsett.
4-1 Cả hai Boyle và Smith không có
cộng tác và hoạt động ǵ về silicon target vidicon
Silicon target vidicon là tiền thân của imaging CCD và là nền tảng để chế tạo dữ
kiện điện tử này.
Thêm vào đó patent quan trọng của
Boyle và Smith
có tựa đề là “ Charge coupled memory with
storage sites”
US 3654499 A
mà HLVKHTĐ căn cứ để trao giải
Nobel chỉ nói về memory CCD và không đề cập ǵ đến imaging CCD.
Khi hỏi về điều này, Smith nói rằng v́ đây là điều
đương nhiên nên không cần đề cập đến. Thực ra trong buổi họp
nói ở phần trước, họ phát họa một mô h́nh và khái
niệm giống như bubble memory nhưng dùng điện tích (charge)
thay v́ miền từ (magnetic domains). Trong khi đó patent “Charge
transfer imaging devices”
US
4085456 A của
Tompsett
th́ cắt nghĩa rơ ràng về imaging CCD. Điều mới lạ là Mike Tompsett đă
t́m cách thực hiện area imaging device dựa
vào linear CCD registers. V́ thế, nếu theo kết quả thí nghiệm của
Tompsett và dựa theo patent US US 4085456A, và những bài báo cáo khoa
học của Tompsett th́ Tompsett mới đúng ra là người
xứng đáng để lănh giăi Nobel v́ ông chính là người đầu tiên đă triển khai và phát minh và chế tạo thành công imaging CCD.
Một điểm nữa là ,
theo Gordon, mặc dù không có quy tắc rơ rệt nhưng ở Bell Labs và nhiều
cơ quan nghiên cứu khác, hầu hết the boss có tên trong các bằng sáng
chế bất luận là họ có trực tiếp góp phần vào đề tài nghiên cứu hay
không. Nếu đúng như vậy th́ chẳng những Boyle mà Gordon cũng sẽ có
tên trong bằng sáng chế của Smith & Boyce v́ Gordon là boss của Smith
& Tompsett và đă cho Smith idea về linear shift register?
4-2 Mike Tompsett mới chính là
người phát minh ra imaging CCD
Magnetic bubble memory: do Bell Labs R&D
ra. Với kỹ thuật này, thông tin được tồn trữ dưới dạng tuyến tính với
nhiều pixels từ rất nhỏ gọi là bong bóng
từ trên một tấm băng ni-lôn . Ḍng điện chạy qua tấm băng ni-lôn sẽ
đẩy những bong bóng từ dọc theo hướng mà những tín hiệu có
thể đọc và viết liên tục . Ư tưởng là
thiết lập một hàng giếng điện thế (a line
of potential wells) dùng silíc bằng cách tạo thành những bộ tụ điện
với silíc , silicon oxide và điện cực bằng kim loại. Điện tích sẽ
tích tụ trong những chiếc giếng điện thế
này và điện tích sẽ di chuyển từ một giếng sang giếng bên cạnh bằng
điện thế áp đặt cho đến khi điện tích đến mép cạnh (edge) của con chip để gửi ra hệ thống read out bên ngoài. Mặc
dù Smith & Boyle nói rằng họ có imaging application trong đầu nhưng
không đề cập trong patent và không truy cập ứng dụng này.
Trong khi đó, Tompsett tiếp tục công việc nghiên
cứu CCD imaging.
CCD imager là chính do Tompsett phát
minh và triển khai ra. Chẳng những Tompsett đề cập mà patent của
ông cũng ủng hộ điều này. Trong patent US 4085456 với Tompsett
là người phát minh độc nhất, Tompsett
dùng khái niệm frame transfer trong việc thực hiện việc chuyển tải điện tích trong imaging devices. Y tưởng này đă giải
quyết vấn đề trong việc dùng CCD as an
imager nhất là area imager: CCD tiếp tục cảm biến ánh sáng và thu
nhặt điện tích ngay cả trong lúc tín hiệu từ các hàng pixels được
đọc ra (read out) dùng phương pháp chuyển tải điện tích
(charge transfer). Tompsett t́m ra phương án để chuyển tải điện tích nhanh
hơn bằng cách chuyển tải điện tích thu nhận được
đến một vùng CCD dấu kín (hidden CCD). Tín hiệu từ
pixels của vùng CCD ẩn (hidden CCD) được
đọc ra , trong khi CCD tiếp tục phơi sáng để tiếp nhận và thu thập
điện tích từ những quang tử mới. Điện tích được chuyển
di từ trên đi xuống dọc theo từng cột
(columns) từ hàng (rows) này
sang hàng kế tiếp cho đến khi được dọc ra từ shift registers nằm ở
phía dưới của con chip. Với phương thức và cấu trúc này, có nghĩa
là CCD sẽ phơi sáng, rồi đóng lại với màn
chắn sáng , chuyển di điện tích , rồi mở màn chắn sáng để phô bày con
chip ra ánh sáng trở lại. Có nghĩa là cứ
hai frame có một frame dùng để chuyển di điện tích và v́ thế thời gian
đọc tín hiệu sẽ dài hơn . Để giải quyết vấn đề này, Tompsett tăng gấp
đôi kích cỡ của bộ cảm ảnh (image sensor). Có nghĩa là một khung
(frame) của bộ cảm biến quang sẽ phơi sáng
, rồi khung phơi sáng kế tiếp sẽ dùng trong khi điện tích di chuyển
. Tóm lại, Tompsett là người đầu tiên phát minh,
triển khai và chế tạo thành công CCD imager. Chẳng những ông có
bằng sáng chế đầu tiên về image CCD mà c̣n đăng
báo, phát biểu ở hội nghị khoa học và nhất là thực hiện thành công
image CCD. Ngay cả Boyle (một trong hai người lănh giải Nobel) cũng
công nhận điều này!
H́nh 5.
First Light. TS
Margaret Tompsett (phu nhân của Tompsett )
làm h́nh mẫu cho CCD đầu tiên Tompsett chế tạo (tài liệu từ Mike
Tompsett).
Tompsett chế tạo thành công CCD đầu tiên
vào năm 1970, và triển khai CCD imagers và
CCD cameras dùng trên thị trường. H́nh ảnh màu với tấm h́nh của
Margaret được đăng trong tạp chí
Electronics Magazine vào tháng giêng năm 1973 (H́nh 5).
4-3 HLVTD
phải thay đổi citation lúc đầu để phản ảnh trung thực hơn!
Điểm chính ở đây, như đă tŕnh bày ở
phần giới thiệu của bài viết,
là citation
“for
the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor”.
của HLVKHTĐ khi quyết định trao giải Nobel
về Vật 1ư cho Williard S. Boyle và George
E.
Smith không thích hợp
Gordon cho rằng citation này sai
lầm và không chính xác. Ông nói: “I think
they made a mistake” và “ That citation was
totally wrong…They had nothing to do with the invention of imaging
devices [4]”. Theo Tompsett, “ the real
error in this case came from the Swedish academy, who did extremely
poor research."[5].
Với sự phản đối của nhiều người trong cộng đồng khoa học nhất là
Gordon và Tompsett, HLVKHTĐ sau này đă sửa đổi citation như sau: 'The
motivation for the invention of an imaging semiconductor
circuit-- the CCD sensor”. Cái citation này yếu hơn
citation ban đầu khi phát giải Nobel cho Boyle và Smith khá nhiều với
chữ “motivation” : motivation duy nhất của hai ông
ở đây là thay thế bubble memory với CCD!
Trong số
tới, người viết sẽ thảo luận về Mike Tompsett và quá tŕnh phát triển
thành công imaging CCD.
5. Tài liệu tham khảo
[1]
http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1318797
[2]
http://www.wired.com/2009/10/ccd-inventors-awarded-nobel-prize-40-years-on/
[3]
http://www.gutenberg.us/articles/Michael_Francis_Tompsett
|