ยุคสารกึ่งตัวนำ

สารกึ่งตัวนำถือได้ว่าเป็นสิ่งที่มนุษย์ได้ค้นพบและมีบทบาทสำคัญต่อมนุษย์เป็นอย่างมากเพราะสามารถใช้นำมาผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อใช้แทนที่หลอดสุญญากาศได้สำเร็จ สารดังกล่าวถูกค้นพบในปี1925 ที่ห้องวิจัยเทคโนโลยีสื่อสารและอิเล็กทรอนิกส์ของบริษัทเบลล์ ซึ่งในห้องทดลองดังกล่าวประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ในแขนงต่างๆจากทั่วโลก เพื่อทำงานวิจัยด้าน อิเล็กทรอนิกส์ เคมี ฟิสิกส์ และเทคโนโลยี การสื่อสารและงานวิจัยด้านอื่นๆ คณะผู้วิจัยค้นพบสารกึ่งตัวนำจากการสังเกตุเห็นปรากฎการณ์ที่ประหลาดจากคุณสมบัติของการนำไฟฟ้าสสาร ซึ่งมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าไม่คงที่ อยู่ระหว่างฉนวนและตัวนำ คณะผู้วิจัยจึงได้ทำการศึกษาอย่างจริงจังเพื่อนำมาใช้งาน กระทั่งต่อมาในปีในปี 1930 กลุ่มนักวิจัยของห้องปฏิบัติการเบลล์ ซึ่งได้วิจัยเรื่องการส่งคลื่น ยู-เอช-เอฟ เพื่อการติดต่อสื่อสารทางโทรศัพท์ การติดต่อสื่อสารดังกล่าว ต้องการตัวกำเนิดสัญญาณที่มีความเสถียรถูกต้องแน่นอน ผลคือการใช้หลอดอิเล็กตรอนไม่สามารถตอบสนองต่อคลื่นหรือสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้ จึงได้มีการหาวิธีการใหม่ๆในการสร้างสัญญาณมีเสถียรภาพ และได้สร้างการทดลองที่ปฎิวัติกฎเกณฑ์เก่า โดยใช้ตัวตรวจจับมีลักษณะเป็นตัวนำเส้นเล็กๆเรียกกันว่าหนวดแมว ฝังลงบนฐานผลึกคริสตัล วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ความพยายาม ในการหาอุปกรณ์สร้างสัญญาณที่มีความถี่สูงและเสถียรเป็นผลสำเร็จ และยังเป็นแนวทางที่นำไปสู่การค้นพบสารกึ่งตัวนำชนิดใหม่นั่นคือสารกึ่งตัวนำชนิดซิลิกอน ในปี 1945 หัวหน้าคณะวิจัยของห้องทดลองเบลล์ ได้กำหนดให้ทีมนักวิทยาศาสตร์ด้านสารกึ่งตัวนำทำการวิจัยเพื่อค้นหาอุปกรณ์เพื่อทำหน้าที่ขยายสัญญาณชนิดใหม่แทนที่หลอดสุญญากาศ ดังนั้นทีมนักวิจัยของห้องปฏิบัติการเบลล์ จึงมุ่งมั่นทำการคันคว้าหาอุปกรณ์ตัวใหม่นี้จนกระทั่งได้สังเกตุเห็นหลอดสูญญากาศของเฟลมมิ่ง(John Ambrose Fleming)[1] ซึ่งมีขั้วไฟฟ้าออกมา 3 ขั้ว เขาจึงได้เลียนแบบขั้วไฟฟ้าหลอดสูญญากาศ โดยนำขั้วไฟฟ้า 3 ขั้ว ฝังลงบนสารกึ่งตัวนำ คือซิลิกอน และพบว่าสามารถที่จะควบคุมการไหลของกระแสที่ไหลผ่านซิลิกอนได้ อีกทั้งยังสามารถที่จะขยายสัญญาณได้เช่นเดียวกับหลอดสุญญากาศและมีข้อดีที่ใช้พลังงานที่น้อยกว่า หลังจากนั้นมาซิลิกอน จึงเป็นสารตั้งต้นของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่มีบทบาทสำคัญสำหรับวงการอิเล็กทรอนิกส์ ต่อมาในปี1947 นักวิทยาศาสตร์ได้นำทรานซิสเตอร์มาใช้ ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ แทนที่หลอดคาโถดแบบสุญญากาศ บริษัทเท็กซัสอินสตรูเมนท์ และแฟร์ไชลด์เซมิคอนดักเตอร์ เป็นสองรายแรกที่ได้ประสบความสำเร็จในการสร้างแผ่นวงจรรวม ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ และตัวต้านทาน ลงบนแผงซิลิกอนเมื่อปี1959 ปัจุบันได้พัฒนาให้สามารถติดลงบนแผงวงจรขนาดใหญ่ ทำให้ค่าใช้จ่ายลดลง และสามารถถอดเปลี่ยนได้ง่ายกรณีมีปัญหาเกิดขึ้น
[1] Fleming, Sir John Ambrose, 1849–1945, English electrical engineer. He was a leader in the development of electric lighting, the telephone, and wireless telegraphy in England and the inventor of a thermionic valve (the first electron tube). Fleming was a professor at the Univ. of London and at University College and was knighted in 1929. Among his many publications are Fifty Years of Electricity (1921) and The Propagation of Electric Currents in Telephone and Telegraph Conductors (1911).

วิเศษ เขียน