நூற்றாண்டின் இணையற்ற கண்டுபிடிப்பான  டிரான்சிஸ்டர் ஒரு நினைவூட்டல்

இரண்டாம் உலகப் போர் 1945 ஆம் ஆண்டில் முடிவுற்ற பிறகு, மிகச் சரியாக அறுபத்து ஏழு ஆண்டுகளுக்கு முன்பு (July 01, 1948, ) இதே நாளில்தான் அமெரிக்காவில் உள்ள உலகப்புகழ் பெற்ற பெல் நிறுவனம் திரிதடையம் (Transistor) பற்றிய தங்கள் வடிவமைப்பினை உலகிற்கு அதிகார பூர்வமாக அறிவித்தனர்.

மிகச் சிறந்த இயற்பியலாளர்கள், வேதியலாளர்கள் பொறியியல் வல்லுநர்களைக் கொண்டு  திண்ம நிலை எலக்ட்ரானியல் (Solid State Electronics)  ஆராய்ச்சிக்கு என்று ஒரு தனிக் குழுவினை 1940 களில் பெல் நிறுவனம் உருவாக்கியது (இந்நிறுவனத்தினை துவக்கியவர் தொலைபேசியினை கண்டுபிடித்த கிராம் பெல் ஆவார்).

இக்குழுவினை மிகச்சிறந்த இயற்பியல் விஞ்ஞானி வில்லியம் சாக்லீ (William Shockley)  தலைமை தாங்கி வழி நடத்தினார். இக்குழுவில் சான் பார்டீன் (John Bardeen), வால்ட்டர் பிராட்டேய்ன் (Walter Brattain) உள்ளிட்ட பன்னிரென்டு பேர் பணி புரிந்தனர்.

சுமார் பதினோரு ஆண்டுகள் கழித்து இம்மூவரும் 1956 ஆம் ஆண்டு "குறைக்கடத்திகள்  தொடர்பான அவர்களின் ஆய்வுகள் மற்றும் டிரான்சிஸ்டர் விளைவு " கண்டுபிடிப்பிற்காக கூட்டாக இயற்பியல் பிரிவில் நோபல் பரிசினை பெற்றனர்.

இக்கண்டுபிடிப்பு எலக்ரானியல் துறையில் ஏற்பட்ட மிகப் பெரிய புரட்சிக்கு வித்திட்டது என்பது வரலாறு. அதே வேளையில் இக்கண்டுபிடிப்பின் பின்னால் இருந்த வணிக நோக்கிலான பயன்பாடு பல்வேறு  குழப்பங்களை இக்குழுவில் ஏற்படுத்தின. அதனைப் பற்றி பெரிய புத்தகமே போடாலாம்.

பெல் நிறுவனத்தின் டிரான்சிஸ்டர் கண்டுபிடிப்பிற்கு முன்பே இலிலியன்பெல்டு (Julius Edgar Lilienfeld)  என்ற ஆத்திரிய நாட்டினை சேர்ந்த இயற்பியலாளர் காப்புரிமை பெற்றிருந்தார். ஆனால் நடைமுறையில்  செயலாற்றும் வகையில் டிரான்சிஸ்டர்கள் பற்றி அவர் எந்த ஆய்வு கட்டுரையினையும்  வெளியிடவில்லை
ஆதலால் வரலாற்றில் அவருக்கு கிடைக்க வேண்டிய மிகப் பெரிய இடம் நழுவிப் போனது.

பெல் நிறுவனத்தில் வில்லியம் சாக்லீ,  சான் பார்டீன்  , மற்றும் வால்ட்டர் பிராட்டேய்ன் .

முதல் டிரான்சிஸ்டர் தொடுகை முனை அமைப்பில் (Point-Contact Transistors) வடிவமைக்கப்பட்டது. இவ்வடிவமைப்பில் செருமானியம் (Germanium) படிகங்கள் பயன்படுத்தப்பட்டது. அப்போதைய கால கட்டத்தில்  இதற்கு முன் புழக்கத்தில் இருந்த வெற்றிட குழாய்களை (vacuum tube) ஒப்பிடும் போது இது  எதிர்மின்னிகளை (எலக்ட்ரான்களை ) வேகமாக கடத்தியது.

செருமானிய படிகங்கள் மூலம் வடிவமைக்கப்பட்ட உலகின் முதல் டிரான்சிஸ்டர்

அண்மையில் சப்பானில் உள்ள உயனோ தேசிய அறிவியல் அருங்காட்சியகத்தில் வைக்கப்பட்டிருந்த ஓர் அடி  அளவில் இருந்த வெற்றிடக் குழாய் மாதிரியினைப் பார்த்த போது தலையே சுற்றி விட்டது. இதனைக் கொண்டு கணக்குகள் போடும் எனியாக்கு (ENIAC- Electronic Numerical Integrator And Computer) என்று அழைக்கப்பட்ட மிகப் பெரிய கணிப்பொறியை உருவாக்கி இருந்தார்கள். அது ஓர் அறை அளவிற்கு இருந்தது. இதனையும்  அந்த அருக்காட்சியகத்தில் வைத்திருந்தார்கள்.  அக்காலகட்டத்தில் இதனைக் கொண்டு கணக்கீடுகள் செய்ய எவ்வளவு சிரமப்பட்டிருப்பார்கள் எனப் புரிந்தது.

ஆனால் இதன் எடையும், அளவும் இன்றைய நகத்தின் அளவே உள்ள டிரான்சிஸ்டரை ஒப்பிடும் போது இதன்  பின்னால் எத்தனை அறிவியலாளர்களின் உழைப்பு உள்ளதெனப் புரிந்து கொள்ள முடிந்தது.

Vacuum tube used in Japan technologies during 1940 (Photo taken at Ueno National Science Museum).

1950-களுக்குப் பிறகு டிரான்சிஸ்டர்கள் வடிவமைப்பில் பெரும் மாற்றங்கள் நிகழ்ந்தன. அதன் தொடக்க புள்ளியாக சாக்லீ அவர்களது இடைச்செருகல் அமைப்பான (''சான்ட்விச்சு'' அமைப்பிலான) பி-என் வகை டிரான்சிஸ்டர்கள் (Sandwich p-n junction transistor) புழக்கத்திற்கு வர ஆரம்பித்தன.

டிரான்சிஸ்டர்களை அளவில் சுருக்கி (miniaturization) எப்படி மிகச்சிறிய வடிவத்தில் செய்யலாம் என தெக்சாசு நிறுவனத்தில் பணி புரிந்து கொண்டிருந்த பொறியாளர்களான சேஅக்கு கில்பி (Jack St. Clair Kilby), இ ராபர்ட்டு நாய்சு (Robert Noyce) ஆகிய இருவரும் இணைந்து ஒருங்கிணைந்த மின் சுற்றுகளை  (integrated circuits- IC) வடிவமைத்து டிரான்ஸிஸ்டர்களின் பயன்பாட்டினை அடுத்தக் கட்டத்துக்கு எடுத்துச் செல்ல உதவினர்.

கடந்த 2000 ஆம் ஆண்டு சேஅக்கு கில்பி அவர்களின் ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்று ( Integrated Circuits)  கண்டுபிடிப்புக்கும் அதன்வழி நிகழ்ந்த தகவல் தொடர்பு நுட்ப வளர்ச்சியில் ஆற்றிய  முக்கிய பங்கிற்காக இயற்பியல் பிரிவில் நோபல் பரிசினை பெற்றார்.

சமகாலத்தில் இந்த ''ஐசி''-களில் (IC) பயன்படுத்தப்படும் டிரான்சிட்டர்களின் அளவு சுருக்கப்பட்டு ஒவ்வொரு ஒன்றை ஆண்டுகளுக்கும் டிரான்சிட்டர்களின் எண்ணிக்கை அதே இடத்தில்  இரண்டு மடங்காக அதிகரிக்கும் என்று கார்டன் மூர் (Gordon Moore) என்பவர் முற்கூறினார். இது மூர் விதி (Moor's Law) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

Moor's Law prediction 

மிகப் பெரிய ஆச்சரியம் இன்றைய கணினியின் மூளையாகப் பயன்படும் நடுச்செயலி (மைக்ரோபிராசசர்) நுட்பத்தில் இந்த ஐசிக்களில் டிரான்சிஸ்டர்களின் பயன்பாடு ஏறத்தாழ மூர் சொன்னபடியே ஒத்துப் போகிறது. இந்த மூர் வேறு யாரும் அல்ல தற்போது  உலகப் புகழ் பெற்ற இன்ட்டெல் நிறுவனத்தின் (Intel Corporation) நிறுவனர்களில் ஒருவரானவரே.

2000 ஆம் ஆண்டிற்கு பிறகு நானோ நுட்பவியலில் ஏற்பட்ட புரட்சி டிரான்சிஸ்டர்களின் வடிவமைப்பில் புதிய பரிணாமங்களைக் கொண்டு வந்துள்ளது. நானோ அளவிலான குறைகடத்தி பூச்சுகளால் ஒரு செமீ அளவில் இலட்சக் கணக்கான டிரான்சிஸ்டர்களை கொள்ளும் அளவிற்கு அளவில் சுருக்கப்பட்டு விட்டது. 

தற்போது கிராஃபின் நானோ பூச்சுகள் (atomic scale graphene coatings) நானோ அளவினை விடவும் சிறுத்து மூலக்கூறு அளவில் வடிவமைக்கப்பட்டு வருகிறது. இதனால் நினைவகங்களின் (Memory Storage Devices) கொள்ளும் அளவீடு தெராபைட்டுகள் (ஆயிரம் கிகாபைட்டு) அளவினையும் தாண்டி இன்னும் பயணிக்கும். 

மேலும் நெகிழ் தன்மையுடைய எலக்ட்ரானிக்குச் சுற்றுகளில் டிரான்சிஸ்டர்களின் பயன்பாடுகள் (Flexible Electronic Circuits) தற்போது ஆய்வில் உள்ளன. இவை வெற்றி பெரும் என்றால் உடலில் பொருத்தி கொள்ளும் மருத்துவ கருவிகள் நகத்தின் அளவே உள்ள ஒட்டுத்துண்டுகளாக  (ஸ்டிக்கர்களாக) சந்தையில் கிடைக்கும். நெகிழ் எலக்ட்ரானிக்குச் சுற்றுகள் (Flexible Electronics) மூலம் மருத்துவ துறையில் சாதனங்களை வடிவமைப்பதில் இல்லினாய்சு பல்கலைக் கழக்கத்தின் பேராசிரியர் சான் உரோச்சர்சு (Prof. John A Rogers) சில வருடங்களில் நோபல் பரிசு வாங்கினாலும் ஆச்சரியப்படுவதற்கில்லை.

 Wearable flexible electronic devices designed by Prof John A Rogers.

ஒரு வரலாற்றையே புரட்டி போட்ட டிரான்சிஸ்டரின் அளவு சிறுத்துக் கொண்டே போனாலும் அதன் புகழ் அதிகரித்துக் கொண்டே போகிறது.

கடுகு சிறுத்தாலும் காரம் குறையுமா என்பது மெய்தான் போலும்.

குறிப்பு:

முதல் டிரான்சிஸ்டரை வடிவமைத்த நோபல் அறிவியலாளர் சாக்லீ 1956 ல் பெல் நிறுவனத்தில் இருந்து வெளியேறி சாக்லீ செமிக்கண்டக்டர்சு (Shockley Semiconductors Laboratory) என்ற நிறுவனத்தினை துவக்கினார். அதன் துணை நிறுவனமான பெக்மென் இன்ஸ்ட்ரூமென்ட்ன்ஸ் நிறுவனமே இன்று கலிபோர்னியா மாகானத்தில் சிலிக்கன் பள்ளத்தாக்கு என்று அழைக்கப்படும் பகுதியில் துவக்கப்பட்ட முதல் குறைகடத்தி (Semiconductor) நிறுவனம் ஆகும்.

நன்றி:

இக்கட்டுரையினை அழகுற செம்மைப் படுத்தி,  திருத்தி தந்த பேராசிரியர் இரா. செல்வகுமார் ஐயா (வாட்டர்லூ பல்கலைக் கழகம், கனடா)  அவர்களுக்கு எமது நன்றிகள்.