เชื่อหรือไม่ ไส้ดินสอก็ทำชิพได้

Jul 24

กฎของมัวร์ที่บอกว่า ความเร็วของชิพคอมพิวเตอร์จะเพิ่มขึ้นทุกปีครึ่ง กำลังวิ่งสู่ทางตัน ยังดีไส้ดินสอธรรมดามากู้ชื่อไว้ทัน

กรุงเทพ ธุรกิจ ออนไลน์ : ถ้าบอกว่า ยุคคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้นทุกปีครึ่งตามกฎของมัวร์ (Moore?s Law) กำลังจะสิ้นสุดลง น้อยคนอาจจะเชื่อ เพราะตลอดสี่สิบปี กฎนี้ยังคงเป็นจริง ไม่มีผิดเพี้ยน

ถ้าถามนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรใน อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ผู้อยู่ในวงการผู้ผลิตชิพคอมพิวเตอร์ อาจจะทำให้ท่านผู้อ่านตกใจ เพราะมันกำลังจะเป็นอย่างนั้นจริงในไม่ช้า

ปรากฏการณ์นี้ถูกเรียกกันว่า กฎของมัวร์กำลังชนกำแพง (Hitting a red brick wall) เพราะว่ามันถึงขีดจำกัดของซิลิคอน วัสดุที่ใช้ในการผลิตชิพอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกจึงพยายามที่จะคิดค้นหาวัสดุอื่นๆ มาใช้แทนซิลิคอน ไม่ว่าจะเป็นธาตุเยอรมันเนียม หรือล่าสุดคือ ท่อคาร์บอนนาโน (Carbon Nanotube) ซึ่งเป็นท่อกลวงที่ประกอบขึ้นด้วยชั้นของอะตอมคาร์บอนม้วนเป็นท่อซ้อนกัน

เมื่อนาโนเทคโนโลยีกำลังบูม และเป็นความหวังของการปฏิวัติทุกวงการอุตสาหกรรม รวมทั้งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตด้วยแนวคิดที่จะนำท่อคาร์บอนนาโน ที่มีคุณสมบัติอันวิเศษ กล่าวคือ มันสามารถเป็นวัสดุกึ่งตัวนำ (Semiconductor) หากจัดเรียงอะตอมได้อย่างเหมาะสมเพื่อใช้ลำเลียงอิเล็กตรอนในทรานซิสเตอร์ แทนซิลิคอน

ความหวังดังกล่าวก็ยังมาไม่ถึงเสีย ทีและอาจจะมาช้าเกินไป จนทำให้กฎของมัวร์สิ้นสุดลง จนถึงปัจจุบันก็ยังไม่สามารถหาวิธีการจัดเรียงท่อคาร์บอนนาโนในตำแหน่งที่ ต้องการบนชิพได้อย่างแม่นยำ (เนื่องจากท่อคาร์บอนนาโนต้องพาดอยู่ระหว่างขั้วอิเล็กโตรดสองขั้วเพื่อทำ หน้าที่เหมือนท่อนำอิเล็กตรอนผ่านไป)

อีกเหตุผลหนึ่งที่สำคัญก็คือ ต้องคัดกรองเอาเฉพาะท่อคาร์บอนนาโนที่มีการจัดเรียงตัวของอะตอมคาร์บอนที่ เหมาะสมเท่านั้นจึงจะมีคุณสมบัติพิเศษดังกล่าว (ซึ่งปัจจุบันในห้องวิจัยสามารถทำได้สำเร็จด้วยการใช้มนุษย์คัดเลือกและจัด วางเองเท่านั้น)

ดังนั้น อนาคตที่จะผลิตชิพที่เร็วขึ้นจากท่อคาร์บอนนาโนจึงยังไม่ใช่ความหวังของวันพรุ่งนี้

ข่าวดีก็คือความพยายามของมนุษย์ก็ยัง ไม่สิ้นสุด (เหมือนความพยายามในการดำรงอยู่ของสายพันธุ์มนุษย์ในธรรมชาติ) นักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งได้คิดค้นวิธีการสร้างทรานซิสเตอร์ด้วยวัสดุ คาร์บอนเหมือนกัน แต่เป็นในรูปของกราไฟต์ (Graphite) เป็นวัสดุเดียวกันกับไส้ดินสอสีดำนั่นแหละครับ

กราไฟต์เป็นการจัดเรียงตัวของชั้น อะตอมคาร์บอนที่แผ่เหมือนกับกระดาษ ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนเพียงชั้นเดียว นักวิทยาศาสตร์พบว่ามันสามารถทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้เร็วขึ้นกว่า ทรานซิสเตอร์แบบซิลิคอนถึงร้อยเท่า เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในกราไฟต์ด้วยความต้านทานเกือบศูนย์จึงทำให้ เกิดความร้อนน้อยมาก

อาจจะพูดได้ว่ามันเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ ดีมากนั่นเอง (ทำให้นึกถึงตอนเด็กๆ ที่เราเคยเอาไส้ดินสอมาทดลองต่อวงจรเพื่อพิสูจน์ว่ามันสามารถนำไฟฟ้าได้ใน วิชาวิทยาศาสตร์)

ขณะเดียวกันซิลิคอนนำไฟฟ้าได้น้อย กว่าจึงทำให้เกิดความร้อนสูงเวลาชิพคอมพิวเตอร์ทำงานเร็วมาก จนมันละลายและทำให้วงจรเสียหาย ไม่เพียงความเร็วของการนำอิเล็กตรอนที่กราไฟต์เหนือกว่าซิลิคอนเท่านั้น แต่กราไฟต์ยังทำงานได้ดีขึ้นอีกเมื่อมันถูกลดขนาดให้เล็กลง ในขณะที่ซิลิคอนสูญเสียคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดีเมื่อมีขนาดเล็กกว่า 10 นาโนเมตร

นอกจากนี้ ยังค้นพบว่าเมื่อทำให้กราไฟต์เป็นริ้วหรือแถบคล้ายริบบิ้น หรือเพิ่มอะตอมของออกซิเจนให้มันแล้ว มันจะมีคุณสมบัติกึ่งตัวนำมากขึ้นจนสามารถใช้ทำเป็นทรานซิสเตอร์ได้ และกราไฟต์ยังสามารถสร้างเป็นทรานซิสเตอร์ได้ด้วยเทคนิค และเครื่องมือเดียวกันกับที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์แบบซิลิคอนใน ปัจจุบัน

บริษัทผู้ผลิตชิพยักษ์ใหญ่อย่าง Intel IBM และ HP กำลังให้ความสนใจเทคโนโลยีนี้อย่างตื่นเต้น เพราะว่ามันเป็นความหวังของวันพรุ่งนี้นั่นเอง ไม่ใช่ความหวังของอนาคตอีกกี่สิบปีก็ไม่รู้

เรื่องโดย: ดร. อดิสร เตือนตรานนท์ ผู้อำนวยการหน่วยปฏิบัติการวิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องกลจุลภาค

ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC)

Technorati Tags: Pencil, Chip