|
A series of articles on “Microelectronics and Silicon Valley” –Part 4 Shockley Semiconductor
Trần Trí Năng
Transistor được xem như một trong hai phát minh về công nghệ quan
trọng nhất của thế kỷ hai mươi. Ngày nay
hầu như tất cả những dụng cụ dùng trong đời sống hàng ngày từ y khoa
đến quốc pḥng đều tùy thuộc vào công nghệ
vi
mạch, nơi mà transistor đóng vai tṛ then chốt. Vào đầu thập niên
50’s, Dr. William Shockley – một trong ba người phát minh linh kiện
bán dẫn transistor- quyết định mang công nghệ này về vùng gần Palo
Alto, California, nơi mà ông đă lớn lên. Với sự giúp đỡ tài chánh của
Arnold O. Beckman của hăng Beckman Instruments và sự đồng y về trao
đổi kỹ thuật của Bell Labs, ông cùng với tám chuyên gia ông tuyển chọn
thành lập (sau này được biết với cái tên the Fairchild Eight hay the
Traitorous Eight) hăng Shockley Semiconductor. Hăng được đặt ở 391 San
Antonio Road, Mountain View, miền bắc California. V́ những ly do sẽ
được tŕnh bày sau, hăng này mặc dù không thành công về phương diện
kinh tế, nhưng là cái “mầm” đă sinh sôi nẩy nở hàng trăm
hăng liên quan đến kỹ nghệ vi mạch sau này.
Santa Clara Valley cũng được đổi
thành Silicon Valley. Dù có nhiều ư kiến khác
nhau về vai tṛ của Shockley đối với sự lớn mạnh của Silicon Valley;
nhưng có điều chắc chắn là: Từ khóa: point –contact transistor, junction transistor, the Fairchild eight, the Traitorous Eight, silicon, Shockley Semiconductor, Arnold Beckman, Silicon Valley. Thay lời tựa (Buổi sáng ở Sandy Beach) Chỗ chúng tôi ở gần Ala Moana beach và khu phố Nhật. Thỉnh thoảng chúng tôi cũng ghé lại khu làng Yatai (Yatai Mura) nằm trong khu chợ Shirokiya đối diện với Ala Moana beach, băi biền mà tôi đă tŕnh bày ở số trước [1]. Không khí ở đây làm tôi nhớ lại thành phố Fukuoka vào những năm 70’s thật nhiều. Fukuoka rất nổi tiếng về các hàng Yatai (food stands) nằm ngoài trời nhất là vùng Tenjin, Nakasu. Mỗi gian hàng có chỗ đủ cho khoảng 5-7 người ngồi. Khách ngồi gần nhau và cũng rất gần người làm thức ăn nên có nhiều cơ hội nói chuyện, quen biết nhau qua ly rượu sake trên đường đi làm về, nhất là những ngày tháng 12, khi khí trời bên ngoài trở nên lành lạnh. Ở đây người ta bán yakitori, oden, Hakata gyoza và nhất là món Hakata ramen. Hakata ramen khác với ramen ở những vùng khác ở Nhật là cộng ḿ của Hakata ramen nhỏ và cứng, với vài lát thịt theo, vài tép tỏi và khách hàng có thể tự ḿnh thêm gừng, tiêu và ớt. V́ cộng ḿ ramen mỏng, nên phải “húp” tô ḿ nhanh không thôi các cộng ḿ sẽ trở thành mềm đi mất. Ngoài Hakata ramen, Hataka gyoza cũng rất đặc biệt; miếng gyoza nhỏ đủ bỏ vào miệng và có nước juice chảy ra làm mát rượi miệng người ăn.
“…Hakata Eki
Tối thứ
bảy Oden,
yakitori
Làng Yatai (h́nh bên trái) và buổi sáng ở Sandy Beach lúc mặt trời đă lên cao (h́nh bên phải). Giờ ghi trong tấm h́nh là giờ Minnesota; giờ địa phương sớm hơn 4 giờ. Sáng nay chúng tôi quyết định lái xe đi Sandy Beach để nh́n mặt trời mọc. Băi biển này nằm cách chỗ chúng tôi ở khoảng 8 miles. Chúng tôi đi dọc theo highway H1 (ở Oahu chỉ có ba highways chính H1, H2 & H3; H là chữ đầu của Hawai’i). V́ highway tương đối có ít lanes nên thường dễ bị kẹt xe vào giờ cao điểm. Chúng tôi mất gần nửa giờ mới đến biển. Sandy Beach nằm gần hai địa danh nổi tiếng nữa ở Oahu là Hanauma Bay và Halona Blowhole. Không giống như băi biển Ala Moana, sóng ở Sandy Beach khá cao. Thế nên có nhiều surfers và ít người bơi, paddle boarding hay kayacking. Những surfers nằm trên surfing board hay surfboard bơi ra nơi có sóng ; và khi sóng đến, họ sẽ leo lên breaking wave để bị cuốn tṛn trong cái ống sóng. Tṛ chơi này trông có vẻ nguy hiểm thật! Có vài người bị bắn tung ra, người một nơi và surfing board nằm ở một nơi; cũng may là có sợi dây cột surfing board với chân ; nếu không có thể họ sẽ bị rơi xuống sâu và va chạm với reef nằm ở dưới và có thể bị thương. Người địa phương cho tôi biết là loại surfboard này khá nhẹ, do người bản xứ Hawaian tạo ra lâu rồi và có tên là papa he1e nalu, lúc đầu làm bằng gỗ như gỗ Kao (một loại gỗ xưa nhất ở đảo này). Những surfboards tân thời thường được làm bằng polyurethane hay polystyrene foam và được bao bọc bên ngoài bằng nhiều lớp fiberglass, polyester, carbon fiber hay epoxy resin. Quy vi nào muốn biết chi tiết hơn về môn thể thao “cỡi sóng” cổ truyền và hấp dẫn này, xin mời xem phim “North Shore”. “…Sóng
cao Ngồi trên băi cát, tôi nh́n những đợt sóng trắng xóa đua nhau tấp vào ghềnh đá. Đôi khi tôi thấy nước từ dưới đất phun lên cao (blow hole) trông rất đẹp mắt. “…Đợt
sóng trước Mặt trời bắt đầu lên, làm sáng cả một vùng biển. Nh́n vùng nước lân tinh này, tôi có cảm tưởng như những đàn cá trắng từ xa đang bơi vào bờ. Thấy sóng lớn và ḍng nước ở đây khá mạnh, tôi không “dám“ bơi. Thay v́ thế, tôi xuống ngâm ḿnh trong nước biển một thời gian ngắn rồi đi bộ dọc theo bờ biển. T́nh cờ hôm nay tôi thấy được vài chú c̣ng nhỏ màu trắng. H́nh như biển ở vùng Oahu này ít c̣ng và không thấy hải âu. Sunrise ở đây tuyệt đẹp! Mặt trời lên đỏ ối từ phía chân trời tạo nên những vùng nước lấp lánh lan rộng cuốn vào thành những con sóng lớn vươn cao trên mặt nước trong màu xanh. Bầu trời cũng màu xanh với những cụm mây trắng có những h́nh thù khác nhau. Tôi có cảm tưởng như bầu trời và mặt biển phản chiếu cho nhau.
“…Sunrise Tôi đi “thiền” dần theo những dấu chân trên cát, theo tiếng sóng, lúc thấp, lúc cao; nhưng lúc nào cũng dịu dàng triều mến. Thỉnh thoảng tôi dừng lại, ngước nh́n mặt trời chói chang, để những tia nắng buổi sáng ấm nồng buồng phổi. Hiện diện với tôi bây giờ có sóng biển, gió biển, núi và mặt trời, nên ḷng thất nhẹ nhàng thảnh thơi. “…Tháng
này nắng ấm nồng hương đời
1. Shockley Semiconductor đóng một vai tṛ rất quan trọng trong việc tạo thành Silicon Valley Có nhiều ư kiến về Dr. William Shockley và hăng Shockley Semiconductor do ông sáng lập ra. Tuy nhiên có bốn điều rơ rệt gắn liền trực tiếp với Silicon Valley do quyết định của Shockley lập hăng ở Mountain View : (i) Shockley đă mang silicon đến Silicon Valley; (ii) Shockley đă tự chính tay tuyển dụng những nhân viên giỏi; những người này là rường cột trong việc bành trướng SiliconVally sau này. (iii) Điều thứ ba xảy ra có tính cách “unintentional”v́ không nằm trong dự đoán ban đầu của Shockley. V́ poor management/ micromanagement của Shockley ở một high-tech start up và v́ Shockley gặp khó khăn trong việc quân b́nh giữa việc nghiên cứu và việc chế tạo sàn phẩm; những người công tác với ông (the Fairchild Eight hay the Traitorous Eight) đă rời hăng Shockley Semiconductor để lập hăng riêng; kết quả nẩy sinh hơn 400 hăng trong số đó có Fairchild Semiconductor, Intel, AMD, National Semicondutor, Google.. Sự kiện này c̣n được biết với cái tên là “the most successful failure" in Silicon Valley. Shockley đă sống để chứng kiến những nhân viên cũ của ḿnh trở thành triệu phú và tỉ phú. (iv) Phát khởi sư họp tác giữa academics và industry để sinh viên có thể học kinh nghiệm trong kỹ thuật bán dẫn (semiconductor technology). Shockley họp tác với GS Fred Terman ở Stanford đưa sinh viên và giáo chức trẻ đến làm việc ở Shockley Semiconductor ; điển h́nh là trường họp của Jim Gibbons; ông này làm việc ở cả Stanford và Shockley Semiconductor. 2. “Bad leadership”, bất măn và tham vọng đă giúp nhiều trong việc thành lập Silicon Valley, Intel và venture capital
3. Ly do Shockley rời Bell Labs Trong cuối thập niên 40’s và và đầu thập niên 50’s, Shockley là một trong những nhà vật ly về vật lư chất rắn (solid state physics) nổi tiếng trên thế giới. Shockley c̣n 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 “nhà nghề”. Vào đầu năm 1950, Shockley quyết định nghỉ việc ở Bell Labs sau khi làm việc ở đây hơn 20 năm từ lúc lấy xong PhD từ MIT. Dưới đây là những lư do chính: 3-1. Sự phát minh transistor và xung đột của Shockley với đồng nghiệp ở Bell Labs Một số
đồng nghiệp của ba ông ở Bell Labs cho rằng Bardeen là một thinker,
Brattain một thinker và Shockley là môt visionary.
H́nh 1. (a), (b)
Mô h́nh bipolar transistor của Bardeen and Brattain ghi chép vào 11
tháng 12, 1947 Bardeen và Brattain tŕnh bày kết quả mới này cho
Schockley trước khi tŕnh bày cho mọi người trong ban nghiên cứu của
Kelly [ H́nh 2]
H́nh 2. Bardeen (trái), và Brattain (giữa) tŕnh bày cho Shockley (phải) kết quả hai người mới khám phá ra. 3-2. Xung đột giữa Shockley với Bardeen và Brattain Theo Brattain th́ không lâu
sau ngày biểu diễn hoạt động của transistor
cho nhiều người của Bell Labs’; vào ngày 23 tháng 2, Shockley gọi
Bardeen và Brattain, riêng từ người một, đến văn pḥng của ông.
Ông nói: “đôi khi người góp phần vào sự thành công này không được ai
nhắc tên. Tôi có thể một ḿnh xin bằng sáng chế về “hiệu ứng trường
( field effect)”
này. Lúc đó, Brattain có cảm tưởng là Shockley tự tin là với bằng sáng
chế về hiệu ứng trường, ông có thể làm
lu mờ giá trị của point contact
transistor của Brattain và Bardeen. Khổ nỗi điều này khó có thể thực
hiện được v́ những lư do sau: (i) nhiều người ở Bell Labs biết hiện
tượng “surface states” của Bardeen và Bardeen
và Brattain đă làm việc chung với nhau để
đưa đến point contact transistor với hiệu ứng khuếch đại. Sổ tay pḥng
thí nghiệm của họ đă xác nhận điều này; (ii) “minority carrier
injection” của Bardeen chớ không phải “hiệu ứng trường” Shockley đề
nghị là cơ cấu tất yếu đă tạo nên hiện tượng khuếch đại ở transistor;
(iii) kết quả của việc điều tra các tài liệu nghiên cứu cho biết rằng
ư tưởng về hiệu ứng trường đă đươc tiết lộ trong bằng sáng chế của
Julius Lillienfield của RCA gần hai chục năm trước (1926). 3-.3 Cơ hội tiến thân bị giới hạn Sau khi Bardeen rời Bell Labs về dạy ở University
of Illinois, Urbana Champain và Brattain rời khỏi nhóm vật lư chất rắn,
Shockley thường than phiền với Marvin Kelly rằng ông ta phải “deserve”
một chức vi cao hơn v́ ông là leader của nhóm đă có phát minh lớn như
transistor. Kelly từ chối v́
Kelly nghĩ rằng với bàn tính của Shockley, ông này không thể trở thành
một manager tốt.
Shockley rất bất măn với Kelly.
Sau cùng, Shockley lên thẳng gặp giám đốc của AT&T
(hăng mẹ của Bell Labs) để than phiền về điều này.
Nhưng ông cũng chẳng gặt hái
được ǵ khác hơn.
H́nh 3. Shockley, Bardeen và Brattain trong buổi lễ nhận giải Nobel ở Stockholm, Thụy Điển (Sweden). 3-4 Đề nghị Bell Labs nghiên cứu về robot Shockley đề nghị dùng robot để thay thế công nhân (robotic workforce) trong dây chuyền chế tạo. Vào thời điểm 50’s, đề nghị này có tính cách khoa học dă tưởng nhưng ngày nay trở thành hiện thực ở vùng Silicon Valley và nhiều nơi khác trên thế giới. Ông viết patent application vào năm 1948 với nhan đề “radiant energy control system” đề nghị dùng sensor cho robot eyes và kể cả self-guided bombs. Patent application này bị chính phủ liệt vào tài liệu “bí mật quốc phóng” va măi đến sau này mời được thẩm định bởi patent office và trở thành patent [ 4]. Ông đề nghị Kelly nên làm công tác R&D về đề tài này ở Bell Labs nhưng bị Kelly bác bỏ. 4. Shockley Semiconductor Bắt đầu từ đầu thập niên 50’s, Shockley ít c̣n làm việc ở Bell Labs. Ông đi nhiều nơi để t́m cơ hội mới. Ông xin “leave of absence” ở Bell Labs vào năm 1953 để đi dạy ở Caltech (California Institute of Technology) khoảng 4 tháng và sau đó làm cô vấn cho Weapons Systems Evaluation Group của Pentagon. Vào mùa đông 1954-1955, trong lúc dạy ở Stanford, ông t́m cách thiết lập cơ cấu để sản xuất hàng loạt transistors và Shockley diodes. Ông t́m được đối tác Raytheon quan tâm đến đề án của ông nhưng rồi kế hoạch này cũng kết thúc một tháng sau đó. Không t́m được hướng đi thỏa măn; nên Shockley nói chuyện với Arnold Beckman (cũng học ở Calthech ngày xưa), người sáng lập và tổng giám đốc Beckman Instruments [H́nh 4]. Vào đầu tháng 9, hai người gặp nhau tại Newport Beach, California. Shockley và Beckman đồng y tạo nên một division mới trong Beckman Instruments để sản xuất “diffused-base transistors”. Beckman mặc dù biết rằng Shockley không thể thành công trong thế giới kinh doanh, nhưng ông không muốn kỹ thuật mới về transistors này lại lọt vào tay những hăng cạnh tranh với hăng ông. Beckman đồng y hổ trợ tài chánh cho Shockley với điều kiện là trong hai năm phải có mass production về transistors ; và phí tổn năm đầu tiên vào khoảng 300.000 USD. Vào năm 1955, Shockley và Beckman ky hợp đồng. Beckman muốn Shockley mở hăng tại vùng Nam California gần Beckman Instruments; nhưng Shockley muốn về vùng gần Palo Alto nơi mẹ ông đang sống và nơi ông đă lớn lên, và lúc đó kỹ nghệ điện tử cũng bắt đầu nẩy mầm trong Đại chiến thứ hai với Hewlett-Packard (thành lập ở Palo Alto, 1939), Varian Associates (thành lập năm 1948) và Fred Terman (Stanford). Shockley bắt đầu chiêu mộ nhân viên cho hăng mới của ông: bước đầu tiên là ông nói chuyện với Tanenbaum và Morgan Sparks ; hai người này đă thành công trong việc chế tạo a working junction transistor nhưng cả hai từ chối v́ lư do là gia đ́nh họ sống quen với vùng New Jersey rồi nên không muốn đi xa. Sau đó, ông tiếp xúc với những chuyên gia khác ở Bell Labs nhưng tất cả đều từ chối với cùng một ly do như Taunebaum và Sparks. Lư do chính là mọi người đều “ngán “ và “sợ” cái lối quản lư của Shockley. Hết cách, Shockley “ criss-cross” nhiều nơi khác để tuyển dụng nhân viên có tài ngoài Bell Labs. Kết cuộc, những người sau đây đồng ư theo ông về vùng bắc California làm việc: Julius Blank, Victor Grinich, Eugene Kleiner, Jean Hoerni, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce, Vic Jones and Sheldon Roberts. Hoerni, sinh ở Thụy Sĩ, a physicist với double PhD từ Caltech; Jay Last (MIT), a physicist chuyên về photo-optics từ Corning Glass; ; Sheldon Roberts, a metallurgist từ Down Chemical ; Victor Grinich (Ph.D, Stanford),an electrical engineer từ Stanford Reseach Institute ; Julius Blank, a mechanical engineer từ City College of New York; Vic Jones, a PhD từ Berkeley; Robert Noyce (MIT), a physicist từ Philco và Gordon Moore, a physical chemist từ Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. Trừ Kleiner (33 tuổi) và Shockley (46 tuổi); những người c̣n lại đều dưới 30 tuổi. Tất cả đều có PhDs chỉ trừ Kleiner và Blank. Khi Shockley gọi điện thoại Noyce hỏi ông ta có muốn làm việc với ông ở một hăng mới thành lập làm về semiconductor transistors không, Noyce thú nhận sau này: “…tôi có cảm tưởng là đang nói chuyện với God”… -(It was like picking up the phone and talking to God…). Trong số những người này, có lẽ Noyce là người độc nhất với nhiều kinh nghiệm về germanium semiconductor. Trong quá khứ, Noyce có tham dự seminars ở Bell Labs về những kỹ thuật mới về semiconductors, nhất là kỹ thuật diffusion mới khám phá thành công tại hăng này. V́ Beckman có xin license với AT&T- hăng mẹ của Bell Labs (trả $25,000 USD mỗi năm), nên Shockley và những nhân viên mới của ông được quyền “access” vào những kỹ thuật về semiconductors tại Bell Labs kể cả những báo cáo khoa học trước khi xuất bản.
H́nh 4. Shockley (bên trái) với Anold Beckman (bên phải)
Hăng Shockley Semiconductor được đặt tại 391 San Antonio Road, Mountain View, California vào năm 1956 [H́nh 5].
H́nh
5. Shockley Semiconductor được tọa lạc ở 391 San Antonio Road,
Mountain View, Santa Clara County Blank, Last Moore, Noyce và Roberts bắt đầu làm việc tại Shockley Semiconductor vào khoảng giữa tháng tư và tháng năm, 1956; trong khi đó Kleiner, Grinich và Hoerni bắt đầu vào mùa hè cùng năm. Vào tháng chín, 1956, hăng có 32 nhân viên, kể cả Shockley. Mỗi người có số lương khác nhau tùy theo sự thương lượng với Shockley : Kleiner, Noyce và Roberts được trả 1,000 USD mỗi tháng ; Last nhận $675 USD v́ ít kinh nghiệm hơn, trong khi đó Hoerni th́ không để y mấy đến việc này. Shockley tư trả cho ḿnh với số lương $2,500 USD /tháng với option được mua 4,000 stocks của Beckman Instruments.. Sáng ngày thứ năm, 1 tháng 11, năm 1956, pḥng nghiên cứu trở nên vui nhộn khác thường v́ tin Shockley nhận được điện thoại từ Hàn Lâm Viện Thụy Điễn cho biết là Shockley, Bardeen và Brattain nhận giải Nobel về vật lư vê việc phát minh transistors. Ngày làm việc bắt đầu với rượu champagne để chúc mừng Schockley mặc dù ông ta chưa đến pḥng làm việc. Những nhân viên trẻ này rất phấn khởi được làm việc với một Nobel Prize laureate. Đây cũng là điều xác nhận là họ không lăng phí thời gian đến California để làm việc cho Shockley. Arnold Beckman, có lẽ cũng cảm nhận như vậy, nên đă bay tư Nam California đến Mountain View để chúc mừng Shockley về tin vui này. Buổi ăn trưa ở quán Rickey’s cũng rất thịnh soạn. Cả ngày hôm đó, Shockley bận rộn với phỏng vấn hoặc trực tiếp hoặc qua điện thoại. H́nh 6 chụp quang cảnh buổi họp mặt của nhân viên của Shockley Semiconductor chúc mừng Shockley nhận được giải Nobel.
H́nh 6. H́nh chụp nhân viên của Shockley Semiconductor đến chúc mừng nhân dịp Shockley nhận được giải Nobel năm 1956. Shockley ngồi, người thứ ba từ bên phải (Tài liệu từ Bo Lojek- History of semiconductor engineering). Shockley Semiconductor đă mở đầu cho sự phát triển kỹ nghệ silicon semiconductors. Trong bài viết ở tờ báo hàng tuần Electronic News vào tháng giêng, 1971, Don Hoefler đề nghị đổi tên Santa Clara Valley thành Silicon Valley và Silicon Valley có cái tên mới từ đó. Shockley Semiconductor tọa lạc đă trở thành nơi sinh nở của Silicon Valley [H́nh 7 a&b ]. Từ nơi này, có hơn 400 hăng về silicon semiconductor đă được nẩy mầm [H́nh 8].
(a)
(b) [H́nh 7a & b] 391 San Antonio Road, Mountain View : The birthplace of Silicon Valley
[H́nh 8]. Có hơn 400 hăng ở Silicon Valley bắt nguồn từ hăng Shockley Semiconductor.
5. Tài liệu tham khảo [1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Silicon-Valley-1-Bell-Labs.htm [2] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Bell-Labs-Part-3.htm [3] US patent 2,524,035 [4] US patent 2,884,540 |
