A series of articles on “Microelectronics and Silicon Valley” –Part 5

William Shockley

Trần Trí Năng
 (University of Minnesota & Ecosolar International)

GS William Shockley là người đã mang silicon đến Silicon Valley [1]. Shockley - một trong nhóm “transistor trio”- đã nhận giải Nobel về vật lý và năm 1956 cùng với Bardeen và Brattain về phát minh transistors. Ông còn là một người nói chuyện hay, nhà giáo dục giỏi, thích khôi hài , có tài làm ảo thuật và là một người leo núi đá thuộc loại “nhà nghề”. Trong bài viết này, chúng tôi xin giới thiệu GS William Shockley và những đóng góp lớn của ông trong lãnh vực khoa học và kỹ thuật của thế giới. Shockley chẳng những là một trong những nhà ly‎ luận về vật l‎y bán dẫn nổi tiếng, ông còn là người đã tiên phong trong những lãnh vực như microscale photoresist processing, ion implantation và robots. Với phương pháp ứng dụng thống kê trong quân sự, Shockley cũng đã giảm rất nhiều sự hy sinh của các chiến sĩ  trong Quân Đội Đồng Minh và đã giúp gia tăng hiệu xuất dội bom B-29 một cách đáng kể trong Thế Chiến Thứ Hai.

Từ khóa:  Silicon wafer, diffusion process, photoresist processing, ion implantation, robot, transistor-trio, feedback control, visual sensors, self-guided smart bomb, intercontinental ballistic missile,  photographic images, light sensitive vacuum tubes.     

Thay lời tựa

Greater Honolulu nằm trên đảo O’ahu bao bọc chung quanh  bởi Peal Harbor về phía tây, Kaahala ở hướng đông, Nu’uanu hướng bắc và Ala Moana về hướng nam. Vì chỗ chúng tôi ở nằm giữa Nu’uanu và Ala Moana, chúng tôi có thể đi bộ đến ‘Iolanic Palace , nơi vua Kalaakaua và hoàng hậu Lili’uokalani ở lúc trước. Ở ngay cổng vào có dấu ấn với hàng chữ “Ua mau ke ea o ka’aaina I ka pono” ( The life of the land is perpetuated in righteousness) ghi lại một vài nét lịch sử “vang bóng một thời” của người bản xứ Hawai’i. Chúng tôi có thói quen là mỗi khi đi đến đâu, chúng tôi đều đi tìm Vietnamese Town hay China Town. Chúng tôi thường mua thức ăn và rau cải ở khu chợ ngoài trời ở China Town gần nhà. China Town ở đây tuy nhỏ nhưng có vẻ sạch sẽ và ngăn nắp. Thấy bức tượng bằng đồng của Dr. Sun Yat-sen, hơi tò mò nên tôi hỏi một ông cụ gốc Á Châu đứng bên cạnh và được biết Dr. Sun Yat-sen ngày xưa có học ở ‘Iolani và Punahou schools ở Honolulu. Mặc dù ở đây không thấy Vietnamese Town, nhưng tiệm phở thì nhan nhản khắp nơi; ngay cả những khu du lịch đắt tiền như Waikiki, chúng tôi cũng thấy những tiệm phở như Pho One, Pho SaiGon nằm trên đại lộ Paoakalani.
Hôm nay là thứ bảy. Tiếng nhạc, lời rao hàng và tiếng cười nói tạo thành một thứ âm thanh “quen quen” của những China Town chúng tôi đã đi qua. Sau khi ăn “dim sum” xong   (dim sum ở đây có mỗi ngày từ sáng đến chiều), chúng tôi lái xe đi đến Makapu’u light house. Light house này nằm trên đỉnh núi Makapu’u nhìn xuống Makapu’u beach . Ở đây tập nập với người đi/chạy bộ; có người dẫn theo cả chó; còn lại là khách du lịch từ khắp nơi về ; đi thư thả và nói cười vui vẻ. Mọi người có vẻ thân thiện, và thường trao nhau lời chào hỏi.
Tôi và nhà tôi đi thư thả lên dốc  núi   (có gì đâu mà vôi vàng?!).  Hai bên đường có những chú robin nhảy nhót kiếm mồi  và nhiều loại hoa rực rỡ sắc màu. Cũng có những loại cây khá đặc biệt như hoa ilima papa màu vàng [Hình 1 (a) ] và Aloe medicine plant [Hình 1 (b) ]. Đối với người bản xứ, loại cây Aloe này  thường được dùng để trị những vết thương. Tôi được bảo là khi có vết trầy với coral reef, dùng loại Aloe này xức vào, sẽ không để lại vết sẹo sau này.  

[Hình 1]  (a)  Hoa Ilima papa và (b) Aloe medicine plant (Hình do tác giả chụp)

…Hoa vàng nhụy đỏ cười tươi cạnh sườn đồi
Khoe sắc thắm bên cánh lá xanh ứ tròn hy vọng
Thanh thản, ung dung trên những hòn đá sỏi
Với vẻ đẹp tự nhiên và mặn mà
Rộn rã, mơn man dưới màu nắng mới thênh thang.

Hoa vàng dại mang sức sống mênh mang
Thấm nét dịu dàng, đoan trang, hiền hậu
Như những cô gái quê tuổi vừa mới lớn
Đậm thắm mùi dừa, hoa bưởi, hương cau
Với ước mơ giản dị , không hào nhoáng sắc màu.
Không dám đòi bòng cao sang , giàu có
Chỉ muốn một bữa cơm no
Một mái nhà hai buổi đi về, ấm nồng cởi mở
Bao bọc bởi tình người thật lòng muốn sống, biết yêu thương…

Nắng càng lúc càng gắt. Chúng tôi tiếp tục đi. Thỉnh thoảng dừng lại nhìn những con đường xe chạy quanh rặng núi phía dưới và nhìn biển xanh rực rỡ dưới ánh mặt trời.

… Con đường hai lane ngoằn ngoèo quanh sườn núi
Với những chiếc xe qua lại, đi về
Cỏ cây xanh . Hàng cây xanh ngủ mê
Theo điệu gió mơn man trong một ngày nắng ấm...

Makapu’u hôm nay biển xanh màu nét đậm
Bọt trắng đua nhau từng đợt sóng vào bờ
Âm điệu nhỏ to như tiếng ru mộc mạc nên thơ
Cho con ngủ mơ say những buổi trưa trắng màu giữa hạ…

Khoảng 15 phút sau, chúng tôi đến khoảng giữa đoạn đường, và nghỉ chân ở địa điểm người ta thường đứng nhìn cá humpback whales trở về (thường thì từ tháng 12 đến tháng năm). Tôi cố nhìn về phía xa xem thử có “may mắn” nào không; nhưng thay vì thấy cá voi tôi chỉ thấy vài con thuyền nhỏ trôi bồng bềnh về phía chân trời. Người bộ hành đứng nghỉ cùng chỗ với tôi cho biết là khi trời đẹp và trong, người ta có thể thấy những đảo khác ở Hawai’i như Molokai , Maui và Lanai. Một lúc sau chúng tôi lại tiếp tục đi và lên đến light house- đứng sừng sững ở một góc đồi với màu đỏ chói. Từ trên cao nhìn xuống, con đường dốc chúng tôi đi qua chạy quanh co như con rắn uốn mình quanh sườn núi; sóng trắng từng đợt lại từng đợt đua nhau vỗ vào gềnh đá màu đen để lại những bọt trắng đùa chơi với ngàn tia nắng rớt.
Đỉnh dốc  nơi Makapu’u light house tọa lạc cũng là nơi nghỉ chân của khách bộ hành trước khi xuống núi. Những người đến từ nhiều nơi nói cười , trao nhau những mẫu chuyện bên lề. Không khí thật thân thiện và vui vẻ. Trong khi người lớn bận rộn nói chuyện, tranh cải với nhiều đế tài khác nhau, một cậu bé con má hồng như trái táo, lẩm đẩm chạy theo chơi với con chó màu nâu cao tới đầu cậu. Thỉnh thoảng con chó dừng lại chờ cậu bé gần đến  rồi lại tiếp tục chạy như muốn thử thách cậu bé “ you can’t catch me!”.
Sau khi rời  Makapu’u  light house, chúng tôi tiếp tục lái xe đến Hanauma cách light house khỏang nửa mile. Địa thế vùng này rất đặc biệt với bãi biển bao bọc bởi rặng núi hình cung [Hình 2 ].

Hình 2 .  Hanauma Bay nhìn từ trên cao [2]

Bãi biển Hanauma đẹp với mặt biển có những màu xanh khác nhau . Hanauma còn là một nơi tốt cho snorkeling.. Du khách mới đến Hanauma lần đầu như chúng tôi bắt buộc phải dự một lớp hướng dẫn kéo dài khoảng 15 phút. Người phụ trách giới thiệu vài nét về Hanauma Beach và cho chúng tôi xem video về sinh thái ở đây. Sau đó chúng tôi mang masks, snorkeling kids đi về hướng biển để snorkeling. Mới đầu tôi nghĩ  môn thể thao này có vẻ đơn giản, nhưng khi snorkeling , tôi mới thấy “mình tệ quá!”: nước biển cứ từ từ vào cái mask và vì thế tôi thấy khó thở và tôi không thể lặn lâu được; một điều nữa là không thể đứng lại ngay được vì có thể tôi sẽ dẫm trên coral reef – một điều không nên - . Phải mất tôi  một thời gian mới quen dần dần.  Coral reef ở đây sinh sống tốt vì địa thế của Hanauma lý tưởng , thế nên có rất nhiều loại cá sinh sống ở đây. Coral reef mới nhìn tưởng là những tảng đá, nhưng thực sự đây là sinh vật để cung cấp thức ăn cho các loại thủy sản. Vì Hanauma beach nằm trong cái vịnh nên ít gió, sóng cũng thấp vì bãi biển hình vòng cung và nước cạn thuận tiện cho việc hấp thụ ánh sáng mặt trời tốt cho việc sinh trưởng của coral reef. Nhiều loại cá đủ màu trông rất ngoạn mục. Có một loại cá được chọn là biểu tượng của tiểu bang Hawai’i có tên rất dài humuhumunukunukuapua’a . (trigger fish with a snout like a pig) , đôi khi còn gọi là humuhumu (trigger fish) [Hình 3 ].

Hình 3.  Hawai’i trigger fish [2] .

Ngày cũng sắp tàn. Mặt trời từ từ  lặn dần ở cuối chân trời tỏa ra một màu đỏ ối. Nhìn những em bé đùa chơi thật hồn nhiên làm tôi chạnh nhớ lại những ngày ấu thơ của mình ở bãi biển Quy Nhơn:

…Lãng đãng cuối cụm mây vũng mặt trời đỏ ối
Mặt nước đổi màu theo. Ngoan ngoãn ngọn hải triều.
Bầy trẻ nhỏ chạy nhảy tung tăng đùa chơi trên cát mịn
Bóng đổ theo dòng triều mến một ngày qua…

Tôi tiếp tục đi bộ dọc theo bờ biển, hít thở không khí mát dịu cuối ngày và để đầu óc đi hoang theo dòng tâm sự ngổn ngang:

…Bao lần ngã, đứng lên mới lớn thành người
Bao lần sóng vỗ cao mới thấm mùi nước mặn
Những đoạn đường đi qua bao biển sóng
Những bãi cát vàng vàng, trắng trắng, nầu nâu.

Cũng bước chân này chiều nay lúc chậm, lúc mau
Theo dấu biển đi về hướng mặt trời lặn
Một vùng đỏ ối thênh thang vùng chân trời tím mịn
Hứa hẹn đất trời sáng mai ánh dương lên…

1.Vài quotations liên quan đến Shockley và Shockley Semiconductor

-“Had Shockley followed Beckman by setting up his Lab in Southern California, Silicon Valley could be in the South of California.)

David Brook (Chemical Heritage Foundation)

-“It was like picking up the phone and talking to God…He was absolutely the most important person in semiconductor electronics. Getting that job meant you would definitely be playing in the big leagues.”

Robert Noyce (Intel, recalling speaking to William Shockley)

- “Shockley deserves credit for starting the entrepreneurial chain- reaction that launched the semiconductor industry in Silicon Valley….Shockley put the last stone in place in the construction of Silicon Valley>.”

M. Malone (a scientist in Silicon Valley)

- "I called him the Moses of Silicon Valley. He led his people there, but he never made it himself into the promised land…”

Fred Seitz (A boyhood friend who himself grew up into an eminent scientist at MIT)

- "He brought the silicon to Silicon Valley"

Gordon Moore (Intel)
 

-“What made our departure from Shockley important was the idea of companies spinning off from other companies. That really developed from Shockley."

Gordon Moore (Intel)

- “Shockley was brilliant, inspirational but impatient.

He called me at home in the evening, suggesting his idea on multi-layered solar cells and asked me at 8:30 in the morning next day : “ Have you done with the experiment yet?”

Hans Queisser (former scientist at Shockly Semiconductor & later in Bell Labs).

- “Shockley made you think analytically.” Harry Sello

(Former scientist at Shockley Semiconductor & Fairchild)

2. Vài nét chính về William Bradford Shockley, Jr.

Nhiều Nobel laureates xuất thân từ nhiều nơi ở Mỹ đã góp phần rất lớn trong việc phát triễn nền khoa học và kỹ thuật của tiểu bang California. Chẳng hạn như Robert Millikan [Columbia, ref. 2], lãnh giải Nobel về vật lý vào năm 1923 về việc xác định thành công diện tích của hạt electron (charge of the electron), đã biến California Institute of Technology (Caltech) từ một trường học nghề nhỏ thành một trường khoa học và kỹ thuật với tầm cỡ hàng đầu thế giới; Ernest O. Lawrence (University of Minnesota, Yale)  , được giải Nobel về vật lý về phát minh xyclôtron (cyclotron) - máy gia tốc hạt nhân đầu tiên - đã biến Berkeley thành trung tâm nghiên cứu về vật lý‎ hạt nhân (particle physics) nói riêng và hệ thống University of California thành trung tâm nghiên cứu cơ bản và ứng dụng cho chính phủ Mỹ, điển hình là Lawrence Livermore Laboratory. Riêng về Shockley (Caltech, MIT) , như đã trình bày ở số trước [ 3] , ông đã góp phần rất lớn trong việc biến Santa Clara Valley thành trung tâm nghiên cứu vi mạch Silicon Valley nổi tiếng của thế giới và cũng là nơi phát sinh nhiều tỉ phú và triệu phú của Mỹ.
Shockley [Hình 5] sinh ở London với cha mẹ người Mỹ  và lớn lên ở California. Ông nhận BS ở Caltech vào tháng 8 , 1932 và PhD từ MIT vào năm 1936 (ba ông cũng tốt nghiệp ở MIT và mẹ ông cũng đã từng học ở Stanford). Nhan đề của PhD thesis của ông là “Electronic Bands in Sodium Chloride” ; thesis advisor là John C. Slater. Sau khi nhận Ph.D., ông làm việc cho nhóm của Clinton Davisson ở Bell Labs ở New Jersey.
Trong cuối thập niên 40’s và và đầu thập niên 50’s , Shockley là một trong những nhà lý thuyết về vật l‎ý chất rắn (solid state physics) hàng đầu trong ngành. Shockley còn là một người nói chuyện hay, nhà giáo dục giỏi, thích khôi hài , có tài làm ảo thuật và là một người leo núi đá thuộc loại “nhà nghề”.

 Hình 4. TS Shockley (hình bên trái) (Photo: Robert W. Kelley/Time & Life Pictures/Getty Images) và quyển sách ông viết về electrons and holes (hình bên phải)

2. Những đóng góp lớn của Shokley trong khoa học và kỹ thuật của thế giới

2-1 Về mặt quân sự

Khi Thế Giới Đai Chiến Thứ Hai bùng nổ, Shockley làm công tác nghiên cứu về ra-đa tại Whippany, New Jersey. Vào tháng 5, 1942, ông “took leave of absence” từ Bell Labs về làm việc ở Anti- submarine Warefare Operation Group tại Columbia University với chức vị là giám đốc nghiên cứu. Trong nhiệm vụ  này, Shockley thường viếng thăm nhiều nhân vật cao cấp của Pentagon và Washington để thảo luận những hoạt động quân sự. Shockley đã góp phần lớn trong việc dùng  thống kê để giúp cơ quan không quân tối đa hóa hiệu xuất dội bom (maximize bombing efficiency) ; hướng dẫn Bộ hải quân phá hủy U- boats hữu hiệu hơn và cải thiện cách xử dụng ra-đa ở trên không (airborne radar). Công tác này đã cứu sinh mạng của  hàng ngàn người lính ở North Atlantic. Shockley cũng đã tổ chức những chương trình huấn luyện thường xuyên cho cả không quân và hải quân. Năm 1944, Shockley tổ chức một chương trình huấn luyện đặc biệt cho phi công thả bom B-29 về cách dùng hệ thống “radar bomb sights” mới.  Vào cuối chiến tranh ở Thái Bình Dương, với sự tập luyện bằng phương pháp của Shockley, các phi công Mỹ đã bắn trúng xuyên qua lớp mây 95% mục tiêu. Cuối năm 1944, Shockley làm chuyến công du dài ba tháng đi thăm viếng những căn cứ quân sự của Mỹ trên thế giới để thẩm định kết quả của công trình nghiên cứu của nhóm ông. Với sự thành công của chương trình nghiên cứu và thực hành này , bộ trưởng chiến tranh Robert Patterson của Mỹ trao cho Shockley Medal of Merit vào ngày 17, tháng 10, năm 1946 [4].

2-2 Transistors

Đèn chân không ba cực có hiệu ứng khuếch đại (amplification) nên được dùng để khuyếch đại tín hiệu trong hệ thống điện thoại. Thành phần chính của những loại đèn này là dây tóc nung nóng (heated filament). Những dây tóc này vận hành dưa theo nguyên lý nhiệt phát xạ (thermionic emission) đòi hỏi nhiều năng lượng; những dây tóc này vì thế dễ cháy. Thêm vào đó với giá thành cao, tính dễ bể và độ kềnh càng của bóng đèn khiến một số nhà lãnh đạo ở Bell Labs muốn thay thế đèn chân không bằng bộ khuếch đại điện tử (electronic amplifier). Vì thế nên giám đốc Marvin Kelly giao Schockley phụ trách nghiên cứu về đề tài này vào cuối thập niên 30’s. Lúc đó,  Shockley và Brattain dùng o-xít đồng để làm bộ khuyếch đại nhằm thay thế đèn chân không; nhưng kết quả không mấy khả quan. Sau chiến tranh, vào tháng 7 năm 1945, một nhóm vật l‎y chất rắn được thành lập dưới sự lãnh đạo của Shockley nhằm tiếp tục nghiên cứu về linh kiện bán dẫn có hiệu ứng khuếch đại này.
Trong quyển sách nổi tiếng “Electrons and Holes in Semiconductors” dày hơn trên 500 trang của Shockley [Hình 4], ông dành “credit” về sự phát minh transistors cho Bardeen and Brattain. Bardeen đã đề nghị cơ cấu căn bản cho việc khuếch đại (amplification) của transistors: minority carrier injection; và  Brattain đã làm thí nghiệm để chứng tỏ cơ cấu hoạt động này. Shockley đã phát minh junction transistor (hay bipolar junction transistor) nhưng thực sự thì junction transistor này của Schockley cũng chỉ là triển khai từ khái niệm và cơ cấu hoạt động  về transistor của Bardeen. Một mặt khác, nếu không có sự phát khởi nghiên cứu về transistors và sự lãnh đạo của Shockley, sự phát minh transistors có thể sẽ bị trì trệ hoặc có thể sẽ không xảy ra ở Bell Labs. Thêm vào đó, junction transistors của Shockley trở nên rất thịnh hành vào năm 50’s và 60’s. Pocket radios đầu tiên và tên lửa đạn đạo liên lục địa (intercontinental ballistic missiles) ợ giai đoạn đầu của Chiến tranh lạnh (Cold War) đều dùng junction transistors. Thế nên, việc chọn Shockley trong giải Nobel về transistors, cùng với hai ông Bardeen và Brattain rất là hợp lý.

Ngoài sự cống hiến về transistors (số trước) và phương pháp dùng thống kê trong công tác liên quan đến quân sự như nhiều người trong cộng đồng đã biết, Shockley còn có những đóng góp không kém quan trọng mà mãi cho đến sau này người ta mới biết đến:

2-3 Photoresist processing

Theo GS Warner  của University of Minnesota [5], vào 1954, Shockley góp phần rất lớn trong hai lãnh vực liên quan đến  việc chế tạo các linh kiện bán dẫn. Lãnh vực đầu tiên là photoresist processing, một phương pháp căn bản trong  công  nghệ vi mạch. Lúc đó, Shockley tuyển dụng một người phụ tá  tên là Jules Andrus về sự khéo tay  trong cách dùng “one- bristle brush” của người này. Andrus- một nghệ gia chuyên nghiệp-   sống cách căn hộ của Warner khoảng vài trăm yards. Nhiều năm, Andrus đi “carpool”  với Warner và một người bạn đến Bell Labs làm việc. Rồi một ngày vào năm 1954, Julius nói với Warner : ” ngày mai, tôi sẽ không đi carpool với hai anh “; rồi anh ta tiếp tục “ . boss của tôi (i.e Shockley) có vài “crazy idea”   về việc dùng photoresist để tạo patterns trên tấm germanium; thế nên ông ta bảo tôi đến Eastman Kodak ở Rochester để lấy một lọ photoresist và học cách dùng vật liệu này”.  Lúc  đó photoresist được dùng rộng rãi trong phạm vi “macro-scale” etching process như cắt các tấm bảng bằng nhôm để dùng trong kỹ nghệ chế tạo phi cơ. Việc chuyển từ macro- scale sang micro-scale cần nhiều trí tưởng tượng. Sau khi Shockley rời Bell Labs không lâu thì thí nghiệm photoresist etching quan trọng này được thực hiện và sau đó Andrus patent về kỹ thuật này xuất hiện khoảng 10 năm sau vào 1964. Ông Warner không rõ là Shockley đã cho  Andrus phát minh này hay  cơ quan phụ trách bằng sáng chế ở  Bell Labs đã quyết định để một mình tên  Andrus thôi vì  việc nghỉ việc của Shockley ở Bell Labs.
 

2-4 Ion implantation

Cũng theo ông Warner, lãnh vực thứ hai mà Shockley đã  góp phần đáng kể là ion implantation. Một phần lớn gây nên  sự quên lãng về người đã đề nghị về y tưởng này là do khoảng cách thời gian quá lâu từ lúc Shockley có khái niệm đến lúc trở thành hiện thực; và một phần vì Shockley rất “gung ho” về việc yêu cầu giới khoa học và kỹ thuật nên để y đến phương pháp ion implantation khiến một số người có vẻ “ngại” nên lánh xa. Vào giữa thập niên 50’s, vì còn mới chập chững bước vào  ngành bán dẫn nên Warner  thường  thảo luận và thăm dò ý kiến của  đồng nghiệp hoặc ở hãng hoặc bạn bè ông quen ở trường hay ở các hội nghị khoa học. Có lần tại  hội nghị của Hội Vật Lý Mỹ (American Physical Society ) ở Ohio , ông E.F. Shrader, GS hướng dẫn luận văn của Warner ở Case Institute of Technology (bây giờ là Case Western Reserve University) hỏi Warner về quy trình khuếch tán (diffusion process) mà Bell Labs vừa mới khám phá ra. Ông Warner trình bày với ông Shrader một cách tổng quát về quy trình này. Nghe xong ông Shrader hỏi “tại sao mình không bắn nguyên tử vào tấm bán dẫn” (why don’t we shoot them in?). Về lại New Jersey, ông tìm kiếm tài liệu ở Bell Labs xem thử có ai đã có ý tưởng này chưa và tình cờ ông tìm được bản copy “Shockley 84” (the eighty- fourth invention disclosure của Shockley “ viết vào năm 1954 ; trong đó Shockley cắt nghĩa chi tiết quy trình về ion implantation dùng trong việc chế tạo bipolar junction transitor. Warner báo cáo ngay sự khám phá tài liệu  “Skockley 84” đến James Early, supervisor của ông lúc đó; nhưng Early tỏ ra ít quan tâm và không muốn tìm hiểu hay nghiên cứu thêm về khái niệm “ion implantation” này của Shockley.  

2-5 Robot

Vào cuối thập niên 40’s,  Shockley còn là một “ robot dreamer” với ý nghĩ chỉ có thể xảy ra trong truyện khoa học dã tưởng. Ông đề nghị dùng robots để thay thế người làm việc trong công trường sản xuất và làm chuyện nhà. Vào 19 tháng 3 năm 1948 ông viết patent application về  “a smart bomb” với sơ đồ biểu hiện ở Hình 5 . Không lâu sau đó, chính phủ Mỹ liệt kê phát minh này vào loại bí mật quân sự; mãi hơn 10 năm sau cho đến giữa thập niên 50’s Shockley mới được phép gửi xin patent và bằng sáng chế với tựa đề “ radiant energy control system” được công bố vài năm sau đó [6]. Hệ thống này dựa trên phương pháp điều khiển có phản hồi (feedback control) dùng bộ cảm biến thị giác (visual sensors). Shockley đề nghị nhiều ứng dụng cho hệ thống điều khiển này, trong số đó có cả self- guided bomb. Phát minh  này của Shockley   dựa vào kinh nghiệm trong những năm ông làm việc với các cơ quan quân sự Mỹ trong Đại Chiến Thứ Hai.

Hình 5 . Mô hình một self-guided smart bomb đang thả trên một công trường. Nằm ở đầu mũi của cái bôm là   một hệ thống hướng dẫn (guidance system)  dùng để  so sánh một loạt những hình ảnh chụp (photographic images) –nằm trên chẳng hạn  một cuộn phim- với hình ảnh thực sự chụp được. Ánh sáng vào máy ảnh sẽ đi xuyên qua một cái khung của phim trước khi đi vào những đèn chân không cảm quan (light-sensitive vacuum tubes). Sự ăn khớp (matching) giữa hình ảnh chụp được và khung ảnh (photographic frame) càng tốt bao nhiêu thì tín hiệu điện (electrical signal) lại càng cao bấy nhiêu. Tín hiệu này sẽ điều khiển servomotors dùng để di động những cái cánh (fins) của trái bom qua vòng hồi tiếp (feedback loop). Trong thí dụ này, hệ thống phim gồm có một loạt hình chụp những mục tiêu quân sự ở những độ cao khác nhau.

Trước khi rời Bell Labs, Shockley đề nghị với ông Kelly, giám đốc của Bell Labs về việc Bell Labs nghiên cứu về robots nhưng bị ông này từ chối. Một phần của bức thư Shockley gửi cho Kelly được biểu hiện ở Hình 6.

Hình 6. Một phần của lá thư Shockley gửi cho Kelly.
[Photo: Stanford Special Collections & University Archives]

2-6 Silicon và  diffusion process

Ở hãng Shockley Semiconductor, Shockley đã có hai quyết định kỹ thuật quan trọng đã ảnh hưởng nhiều đến tương lai của công nghệ vi mạch ở Silicon Valley sau này: (i) quyết định thứ nhất là việc chọn silicon thay vì germanium  trong việc chế tạo transistors. Mặc dù nhiệt độ nóng chảy  của silicon cao, dễ sinh ra phản ứng hơn germanium; silicon là nguyên liệu trù phú thứ hai trên địa cầu và ít “leaking” ở nhiệt độ cao , hoặc ở độ ẩm cao  ; thêm vào đó linh kiện bán dẫn dựa trên silicon hoạt động với độ tin cậy cao (high reliability) ; (ii) quyết định thứ hai là việc chọn quy trình khuếch tán (diffusion process) của Bell Labs trong việc chế tạo transistors. Quy trình  này đối với ông quan trọng đến nỗi ông đã gửi Robert Noyce và Gordon Moore đến Bell Labs để học tập kỹ thuật này. (Noyce và Moore sau này sáng lập Intel).

3- Lời kết

Một số đồng nghiệp ở Bell Labs cho rằng trong nhóm “transistor trio”, Bardeen là một thinker, Brattain một tinker và Shockley là môt visionary [7] . Về phương diện khoa học và kỹ thuật*) , Shockley đúng thực đã cống hiến nhiều cho nhân loại. Shockley chẳng những là một nhà ly luận vật lý chất rắn có tài mà còn là người có rất nhiều ý tưởng mới đóng vai trò quan trọng trong công nghệ vi mạch và những kỹ nghệ khác sau này.

*) Một điểm mà chúng tôi không thảo luận ở đây là quan điểm của Shockley về chủng tộc, trí thông minh và eugenics trong khoảng  thời gian cuối đời của ông. Quan điểm này gây rất nhiều chỉ trích từ nhiều người và ảnh hưởng rất nhiều đến cuộc sông của ông. Ông đã sống gần như biệt lập. Bạn bè ngày xưa, ngay cả một số thân quyến trong gia đình  ông cũng tìm cách xa lánh ông.

Tài liệu tham khảo

[1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Silicon-Valley-Part-4.htm

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Hanauma_Bay

[3] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Silicon-Valley-2-Bell-Labs.htm

[4] Joel N. Shurkin :Broken genius: the rise & fall of William Shockley, creator of the electronic age, Macmillian Science, 2006

[5] Raymond M. Warner, Jr., IEEE Trans. On Electron Devices, vol. 48, No. 11, November, 2001, 2457.

[6] US 2884540

[7] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Silicon-Valley-1-Bell-Labs.htm