Các cột mốc phát minh quan trọng của máy tính (P2)

Tiếp nối bài viết kì trước, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhìn lại khám phá quan trọng của quá trình phát triển máy tính - đó là MOSFET.

Mosfet là gì?

Các MOSFET được làm từ các lớp vật liệu được đặt trên chất nền silic. Một số lớp chứa silic với những tạp chất được thêm vào bởi một quy trình được gọi là doping hay ion bombardment, trong khi những lớp khác có silic dioxide (hoạt động như lớp cách điện), polysilic (hoạt động như một điện cực), và kim loại để hoạt động như những dây dẫn kết nối bóng bán dẫn đến các thành phần khác. Kết cấu và cách sắp xếp của những loại silic được đặt khác nhau cho phép chúng vận hành cả hai loại lớp như một chất dẫn hay một chất cách điện, đó là lý do tại sao gọi silic là semiconductor.

Các MOSFET được xây dựng như loại NMOS hay PMOS, dựa trên sự sắp xếp của lớp silic được đặt. Silic với boron được gọi là P-type (Dương tính) do nó thiếu các electron, trong khi silic với phosphorus được gọi là N-type (Âm tính) do nó vượt quá số electron tự do. Các MOSFET có ba kết nối, được gọi là nguồn (source), cổng (gate), và đường dẫn (drain). Một bóng bán dẫn NMOS được thực hiện bằng cách dùng silic N-type cho nguồn và đường dẫn, với silic P-type được đặt giữa. Thông thường không có luồng điện giữa silic N-type và silic P-type, do vậy chỉ ngăn ngừa luồng electron giữa nguồn và đường dẫn. Khi một điện áp dương được đặt tại cổng, điện cực cổng tạo ra một trường thu hút các electron đến silic P-type giữa nguồn và đường dẫn, do vậy sự thay đổi mà vùng hoạt động như thể nó là silic N-type, tạo ra một đường dẫn cho dòng điện theo dòng và “bật” bóng bán dẫn.

Cách vận hành

Một bóng bán dẫn PMOS vận hành tương tự nhưng theo kiều ngược lại. Silic P-type được dùng cho nguồn và đường dẫn. Với silic N-type được định vị giữa chúng. Khi điện áp âm được đặt tại cổng, điện cực cổng tạo ra một trường đẩy lùi các electron từ silic N-type giữa nguồn và đường dẫn, do sự thay đổi mà vùng hoạt động như thế nó là silic P-type và tạo ra một đường dẫn cho dòng điện theo dòng và “bật” bóng bán dẫn. Khi cả hai bóng bán dẫn ảnh hưởng trường NMOS và PMOS được kết hợp trong một sự sắp xếp bổ sung cho nhau, nguồn được dùng chỉ khi các bóng bán dẫn này đang chuyển đổi tạo ra các thiết kế mạch điện nguồn thấp, rất dày đặc. Do điều này, thực sự tất cả các bộ xử lý hiện đại được thiết kế dùng công nghệ CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). So sánh với đèn chân không, bóng bán dẫn thì hiệu quả hơn như một công tắc và có thể thu nhỏ kích thước đến mức độ cực nhỏ. Từ khi bóng bán dẫn được phát minh đầu tiên, các kỹ sư đã cố gắng làm nó càng lúc càng nhỏ hơn. Năm 2003. các nhà nghiên cứu NEC đưa ra công khai một bóng bán dẫn chỉ 5 nanometer (hàng tỷ của một mét) về kích cỡ. Công nghệ khác, như là Graphene và những đèn chân không cực nhỏ carbon đang được khám phá để sản xuất ra những bóng bán dẫn thậm chí còn nhỏ hơn, hạ xuống mức độ phân tử hay nguyên tử. Năm 2008, các nhà nghiên cứu British tuyên bố công khai một bóng bán dẫn trên cơ số Graphene chỉ dày bằng một nguyên tử và dài bằng 10 nguyên tử (1nm), do vậy mở đường cho những con chip tương lai thậm chí còn dày đặc hơn có thể với những thiết kế trên cơ sở silic.