Từ đèn chân không đến luật Moore: thu nhỏ transistor và giới hạn của nó

Từ năm một chín hai lăm, người ta muốn dùng điện trường của cổng để điều khiển dòng. Bề mặt silicon có nhiều trạng thái bề mặt, tức những chỗ bắt giữ điện tích. Chúng chặn điện trường của cổng, nên điện trường không vào được silicon. Cuối thập niên một chín năm mươi, người ta nung silicon trong khí oxy. Mặt silicon tự mọc một lớp si ô hai mỏng và sạch. Lớp này làm lành bề mặt, nên điện trường của cổng vào được kênh. Oxit của giéc ma ni tan trong nước và kém bền, nên silicon thắng.

Mạch chỉ dùng một loại transistor có lúc dòng chảy liên tục từ dây cấp điện xuống đất. Có hai loại, nờ mốt bật khi cổng có điện áp lớn, còn pi mốt làm ngược lại. Năm một chín sáu ba, hai transistor này được nối tiếp giữa dây cấp điện và đất. Cách ghép này gọi là xi mốt. Hai cổng chung một tín hiệu vào, nên luôn có một transistor tắt. Khi tín hiệu đứng yên, đường từ dây cấp điện xuống đất bị cắt. Vì vậy mạch này gần như không tốn điện khi đứng yên. Lúc đầu mạch chậm nên ít dùng, nhưng sau này nó giúp chip hàng triệu transistor khỏi quá nóng.

Trước đây cổng bằng nhôm, làm sau cùng. Nguồn và máng đã có sẵn, nên phải căn mặt nạ cổng khớp với chúng. Đặt hơi lệch là cổng không phủ hết kênh. Năm một chín sáu tám, cổng pô li si li con bắt đầu được dùng trong sản xuất. Pha tạp cần nhiệt độ cao, loại này chịu được, nên cổng làm trước. Sau đó cổng che chắn, tạp chất chỉ vào hai bên, tạo nguồn và máng. Nguồn và máng luôn sát mép cổng, không bị lệch do căn mặt nạ. Cách làm này gọi là tự căn chỉnh. Trong một số mạch nhớ Intel, mạch nhanh hơn ba đến năm lần trên một nửa diện tích.

Năm một chín sáu lăm, Gô đơn Mua quan sát số transistor trên một chip. Số này tăng gấp đôi đều đặn, lúc đầu mỗi năm một lần. Năm một chín bảy lăm, ông chỉnh nhịp này thành khoảng hai năm một lần. Năm một chín bảy một, chip bốn không không bốn có hai nghìn ba trăm transistor. Năm hai không hai ba, một chip điện thoại có mười chín tỷ transistor. Hai con số này cũng cho nhịp gấp đôi khoảng hai năm một lần. Đây là một quan sát kinh tế và kỹ thuật, không phải định luật vật lý. Nhịp ấy được giữ chủ yếu nhờ ngành chip liên tục thu nhỏ transistor.

Muốn mỗi chip rẻ hơn, ngành chip làm nhiều chip cùng lúc trên một uây phơ. Mỗi công đoạn xử lý cả uây phơ một lượt. Uây phơ càng lớn, càng chứa được nhiều chip. Đường kính tăng từ hai trăm lên ba trăm mi li mét. Diện tích tăng hơn hai lần, nên số chip trên mỗi uây phơ cũng tăng. Cuối năm hai không không một, nhà máy ở Đức bắt đầu sản xuất hàng loạt cỡ này. Chi phí mỗi chip nhờ vậy thường giảm xuống.

Năm một chín bảy bốn, nhóm Đen nác ở ai bi em nêu quy tắc thu nhỏ. Chiều dài, chiều rộng và độ dày oxit cổng cùng giảm một hệ số. Điện áp cấp cũng giảm cùng hệ số đó. Riêng nồng độ pha tạp thì tăng lên cùng hệ số ấy. Mỗi transistor nhờ vậy nhanh hơn, và công suất của nó giảm theo bình phương hệ số. Trên cùng diện tích, số transistor tăng cũng theo bình phương hệ số. Hai thay đổi này bù nhau, nên công suất trên mỗi xen ti mét vuông chip gần như không đổi. Đại lượng ấy gọi là mật độ công suất, và chip nhanh hơn mà không nóng hơn.

Quy tắc Đen nác cần điện áp cấp giảm theo hệ số. Nhưng dưới ngưỡng, transistor không tắt hẳn, dòng chỉ giảm dần. Ở nhiệt độ phòng, dòng giảm mười lần cần giảm điện áp cổng ít nhất sáu mươi mili vôn. Hạ ngưỡng thì dòng rò khi tắt tăng quá nhiều, nên ngưỡng phải giữ cao. Điện áp cấp phải cao hơn ngưỡng, nên kẹt quanh một vôn. Điện áp cấp đứng yên, nên công suất mỗi transistor hết giảm, còn số transistor vẫn tăng, chip nóng. Từ khoảng giữa thập niên hai nghìn, xung nhịp, số chu kỳ mỗi giây, ngừng tăng. Mỗi thế hệ sau cần công nghệ mới để cổng nắm được kênh ngắn.