ورود به دنیای دیجیتال

شصت سال قبل دو دانشمند یک ماه از وقت خود را به انجام پژوهش و آزمایشهایی اختصاص دادند که به عامل شکل گیری جهان مدرن منجر شد.
این دوره از کار جان باردین (John Bardeen) و والتر براتین (Walter Brattain)، که برای ویلیام شاکلی (William Shockley) کار میکردند، بعدها به نام "ماه معجزه" شناخته شد و نتیجه آن ساخته شدن اولین ترانزیستور فعال بود.
به گفته دکتر آرت رامیرز (Art Ramirez) از آزمایشگاههای بل (Bell Labs) –محل این اختراع در سال ۱۹۴۷- :" آنها چیزی را به جهان عرضه کردند که به مکانیسم اصلی تمام صنعت الکترونیک تبدیل شد. "
جف کاتز (Jeff Katz)، راهنمای موزه تاریخ کامپیوتر در سیلیکون ولی (Silicon Valley) (محلی در سانتاکلارای کالیفرنیا با گسترده ترین تمرکز تجارت و کار تکنولوژی عالی در جهان) میگوید:" ترانزیستورها در هواپیما، خودرو، دوربینهای دیجیتال و فرهای مایکروویو وجود دارند. درهر خانه حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون ترانزیستور وجود دارد، که شاید اینهم براورد محافظه کارانه ای باشد. زیرا اگر کامپیوتر و دوربینهای دیجیتال را هم به این شمارش اضافه کنید، احتمالا به یک تریلیون خواهید رسید."
● عصر کامپیوتر
کار ترانزیستور کنترل جریان الکتریسیته در یک مدار است. جریانی که میان دو ترمینال- منبع یا source و خروجی یا drain- با ایجاد یک جریان یا ولتاژ به سومین ترمینال که gate نام دارد، کنترل میشود. به گفته دکتر رامیرز "درست مانند شیر آب است. پیچ شیر همان gate است و بدنه شیر جریان الکترونها را میان منبع و خروجی کنترل میکند.
این وسایل ریز، دارای دو خصوصیت کلیدی هستند که آنها را برای مهندسین الکترونیک بسیار جذاب میکند: آنها سیگنالها را تقویت میکنند و میتوانند به عنوان یک سویچ عمل کنند.
قابلیت تقویت سیگنال آنها را به وسیله ای محبوب در صنعت ارتباطات و مخابرات تبدیل کرده است و امکان تبدیل شدن آنها به سویچ یا کلید خاموش و روشن کردن فوری، ترانزیستور را به جزء اصلی صنعت محاسبات و کامپیوتر مبدل نموده است.
ظهور و پیدایش ترانزیستور در جهانی اتفاق افتاد که در حال گذراندن دوره بازسازی و بهبودی پس از جنگ جهانی دوم بود. به گفته کاتز :" در طی جنگ و برای انجام ارتباطات و محاسبات با اهداف نظامی، کارهای بسیاری در زمینه الکترونیک انجام گرفت."
برای مثال بریتانیاییها در دسامبر سال ۱۹۴۳، کلوسوس (Colossus) –اولین کامپیوتر الکترونیک- را ساختند تا پیامهای مخابره شده توسط فرماندهان عالی آلمانی را به دست بیاورند.
این موقعیت با اختراع کامپیوتر انیاک (ENIAC) به اوج خود رسید. انیاک به سال ۱۹۴۶، در دانشگاه پنسیلوانیا راه اندازی شد و اولین کامپیوتر دیجیتال قابل برنامه ریزی بزرگ محسوب میشد. در این ماشین نیز مانند کلوسوس به جای ترانزیستور از لامپ خلاء که والو ترمیونیک (thermionic valve) نیز نامیده میشوند، استفاده شده بود، این لامپها سازه های ظریفی شبیه لامپهای روشنایی هستند.
جورج اسکالیس (George Scalise) رئیس مجمع صنایع نیمه هادی میگوید:"[کامپیوتر اولیه] یک اتاق را پرکرده، انرژی عظیمی مصرفی میکرد و حدود ۱۸۰۰۰ لامپ خلاء در آن به کار رفته بود، اما قابلیتهای بسیار محدودی داشت. بدون یافتن چیزی یا روشی که بتواند این دستگاه را با قیمت کمتر، انرژی کمتر، اندازه کوچکتر و کارآمدتر بسازد، ارتقاء این سیستم امکان نداشت."
● دستگاهی خام
در نتیجه، دانشمندان در سراسر جهان به جستجوی راهکاری جایگزین پرداختند. یکی از این گروهها، تیم برجسته ای بود که در آزمایشگاههای تلفن بل واقع در نیوجرسی به کار مشغول بودند.
در آنجا یک نظریه پرداز به نام ویلیام شاکلی به رهبری گروه فیزیک جامدات اشتغال داشت که دانشمندان دیگری چون جان باردین و والتر براتین از آن جمله بودند. شاکلی پس از استخدام باردین، او را در پروژه شناخت و درک فعل و انفعالات الکترونها در سطوح نیمه رسانا به کار گماشت، اما اختلافات شخصی موجب شد که این کارمند جدید راه و روش خود را پیش بگیرد.
به این ترتیب باردین که واقعا نمیتوانست با شاکلی به تفاهم برسد، به کار با براتین که دانشمندی عمل گرا بود پرداخت. این دو بیش از ۱۸ ماه در موقعیتهای آزمایشی مختلف به بررسی موقعیت سطوح نیمه رساناها پرداختند. به گفته رامیرز:" اینها یک سری آزمایش بودند که به شناخت عمیقتری از چگونگی ساخت وسیله ای منجر شدند که بتواند واقعا کار سویچ را انجام دهد."
این تحقیقات به ماه معجزه این دو منجر شد و توانستند دو روز قبل از کریسمس ۱۹۴۷، اولین ترانزیستور فعال را به نمایش بگذارند. این وسیله ۱.۲۵ سانتیمتری که از ژرمانیوم و دو اتصال طلا که به وسیله یک تیغه پلاستیکی در جای خود نگهداشته شده بودند، شباهت ناچیزی به سویچهای ظریف و دقیق امروزی داشت.
کاتز درباره این ترانزیستور اولیه میگوید:" من یک کپی ساخته شده از روی این ترانزیستور اولیه که به همان شیوه ساخته شده بود را دیده ام و باید بگویم که دستگاهی بسیار خام و زمخت بود."
هرچه که بود، برای مجاب کردن سلسله مراتب روئسای آزمایشگاههای بل کافی بود و خبر این اختراع پس از انجام امور ثبت، در اول جولای ۱۹۴۸ به اطلاع عموم رسانده شد.
این کار با هیاهو و سر و صدای مطبوعاتی فراوانی همراه بود و به قول دکتر رامیرز "مانند زمانی بود که استیو جابز (Steve Jobs) به معرفی آی پاد iPod پرداخت." در طی چندسال بعد از این، شاکلی به اصلاح و تعدیل طراحی ترانزیستور پرداخت و آنرا به طرح امروزی آن بسیار نزدیکتر کرد. او چنان سهم بزرگی در این راه داشت که در سال ۱۹۵۶، یکی از دریافت کنندگان جایزه نوبل مشترک در فیزیک بود.
با اختراع ترانزیستور بسیاری از موارد استفاده جدید آن امکان پذیر شد. از جمله اولین سمعکهای ترانزیستوری که توسط کمپانی سونوتون (Sonotone) ساخته شد و با اولین وسیله قابل استفاده عموم-رادیو ترانزیستوری- ادامه یافت.
این رادیوها در حدود اندازه یک کتاب جیبی بودند که جایگزین رادیوهایی به اندازه یک توستر نان شده بودند. ترانزیستورها برای تجهیزات ارتشی، تلویزیون و شبکه های مخابراتی نیز مورد استفاده قرار گرفتند.
در ابتدا، ترانزیستورها به طور جداگانه ساخته شده و سپس با سیم کشی به یکدیگر متصل میشدند. اما در سال ۱۹۵۸، جک کیلبی (Jack Kilby)، دانشمندی در کمپانی (Texas Instruments)، مدار مجتمع را اختراع کرد. مداری که در آن تمام اجزاء سازنده در یک بلوک واحد –معمولا سیلیکون-قرار میگرفت.
به این ترتیب ترانزیستور محل طبیعی خود را پیدا کرده و از آن زمان تا کنون مدام در حال پیشرفت است. اجزاء سازنده آن که در ابتدا با واحدهای میلیمتر و حتی سانتیمتر اندازه گیری میشدند، اکنون در واحد نانومتر (یک میلیاردم متر) سنجیده میشوند. برای مثال، نسل بعدی تراشه های اینتل (Intel) بیش از صد میلیون ترانزیستور را در محیطی به اندازه یک تمر پست جا داده است.
صنعت سیلیکون اکنون دارای ارزشی در حدود ۳۰۰ میلیارد دلار در سال است و از امور مربوط به کامپوتر و سلامت و بهداشت گرفته تا سرگرمی و ارتباطات جهانی، نقشی کلیدی در تمام جنبه های زندگی امروز دارد.
به گفته اسکالیس: " هیچ چیز نمیتوانست به اندازه ترانزیستور موجب تحول جهان شود."

نوشته: جاناتان فیلدز

منبع : سایت فریا