ตัวอย่างโครงงานคอมพิวเตอร์

ชื่อโครงงาน	นาโนอิเล็กทรอนิกส์ " ไมโครชิพ "
ชื่อผู้ทำโครงงาน	ชูพันธุ์ เลิดภาต
ระดับชั้น	ปริญญาโทขึ้นไป
หมวดวิชา	คอมพิวเตอร์
วัน/เดือน/ปี ทำโครงงาน	5/4/2555
บทคัดย่อ	ประวัติของวงการอิเล็กทรอนิกส์ บทนำ ปัจจุบันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ได้มีการพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว และในปัจจุบันได้มีเทคโนโลยีที่เล็กมากในชื่อ “นาโน” ซึ่งจะมีการพัฒนาเทคโนโลยีต่างๆให้มีขนาดเล็กซึ่งจะเป็นการปฏิวัติวงการเทคโนโลยี ในบทบาทของนาโนเทคโนโลยีที่กำลังจะเข้าไปปรับเปลี่ยนทิศทาง และพัฒนาศาสตร์ของอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งกำลังจะเดินทางมาถึงจุดอับ ไม่สามารถพัฒนาต่อไปได้ ตามที่ กอร์ดอน มัวร์ ผู้ก่อตั้งบริษัทอินเล็กทรอนิกส์ล่าวไว้ว่า "จำนวนของทรานซิสเตอร์ซึ่งบรรจุอยู่บนแผ่นวงจรรวม หรือ ไมโครชิพ นี้จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ 18 เดือน" คำกล่าวอันสร้างชื่อแก่เขาในฐานะกฎของมัวร์ (Moore's Law) ซึ่งได้รับการยอมรับ และเป็นแรงกดดันให้วงการผลิตชิพสามารถพัฒนาชิพ ให้มีความเร็วสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว จนทำให้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ซื้อมาใหม่มีอันต้องล้าสมัยไปทุกๆ ปีครึ่งเช่นเดียวกัน แต่กฎของมัวร์นี้กำลังจะถูกสั่นคลอน การเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ลงไปบนชิพด้วยการย่อขนาดของวงจรกำลังจะมาถึงขีดจำกัด การพัฒนาการที่สำคัญของวงการอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1940 หลังจากที่หลอดสุญญากาศแสดงบทบาท ในฐานะอุปกรณ์ควบคุมในเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลายมาร่วม 3 ทศวรรษ โดยโอลห์ (Russell Shoemake Ohl) ค้นพบว่าผลึกซิลิกอนสามารถจะนำมาสร้างเป็นอุปกรณ์ไดโอดได้ ซึ่งนำไปสู่การคิดค้นทรานซิสเตอร์ของ ชอคลี (William Bradford Schockley) แบรตเทน (Walter H. Brattain) และ บาร์ดีน (John Bardeen) ในปี ค.ศ. 1948 หลังจากนั้นอุปกรณ์พวกสารกึ่งตัวนำได้เริ่มเข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศ ทำให้เครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ มีขนาดเล็กลงและราคาถูกลงมากต่อมาได้มีแนวคิด ที่จะทำให้อุปกรณ์ รวมทั้งวงจร ถูกยุบรวมเข้าไปบนสารกึ่งตัวนำที่เป็นชิ้นเดียว และแล้ว ในปี ค.ศ. 1959 เออร์นี (Jean Hoerni) และ นอยซ์ (Robert Noyce) ก็สามารถพัฒนาแผงวงจรรวมดังกล่าว (Integrated Circuit หรือ IC) ได้สำเร็จ และเพียงปีเดียวเท่านั้นแผงวงจรรวมดังกล่าวก็เข้าไปแทนที่อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำแบบแยกส่วนถึง 90% เลยที่เดียว ในช่วงต้นๆ ของทศวรรษ 1960 นั้น วงจรรวมยังไม่มีความซับซ้อนมาก โดยอาจมีทรานซิสเตอร์ประมาณ 20-200 ตัวต่อแผ่นชิพหนึ่งแผ่น และเพิ่มขึ้นมาเป็น 200-5000 ตัวในช่วงปี 1970 ปัจจุบันนี้เรามีแผงวงจรรวมที่มีทรานซิสเตอร์นับล้านตัวเลยทีเดียว มาตรฐานเทคนิค การผลิตชิพนั้นเริ่มต้นโดยการนำทรายมาแยกเอาซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูง ระดับ 99.9999999 เปอร์เซ็นต์ นั่นก็คือในหนึ่งพันล้านอะตอมนั้น จะมีอะตอมของธาตุอื่นปลอมปนมาได้ไม่เกินหนึ่งอะตอมเท่านั้น โดยปล่อยให้ซิลิกอนตกผลึกเป็นแท่งกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 6 ถึง 8 นิ้ว จากนั้นนำแท่งซิลิกอนมาฝานออกเป็นแผ่นกลมบางๆ ที่มีความหนาขนาด 0.002 นิ้ว ที่เรียกว่าแผ่นเวเฟอร์ (wafer) ขั้นตอนต่อไปก็คือ ทำให้ผิวของเวเฟอร์นั้นอยู่ในรูปของออกไซด์เป็นฉนวนไฟฟ้า เป็นตัวควบคุมสนามไฟฟ้า เป็นตัวป้องกันการโดพ (dope) ขั้นตอนต่อไปจึงต้องทำการขจัดชั้นของออกไซด์ออกไปในบริเวณที่จะใช้งาน วิธีนี้เรียกว่าวิธีสร้างลายวงจรด้วยแสง (Photolithography) โดยนำแผ่นเวเฟอร์มาเคลือบด้วยสารเคมีที่ไวต่อแสง โดยสารเคมีดังกล่าวจะละลายในตัวทำละลายได้ดีหากโดน ส่วนบริเวณที่ไม่โดนแสงก็ยังคงมีชั้นออกไซด์นั้นอยู่ ดังนั้นการทำ Photolithography หลายๆ ครั้ง ก็จะสามารถสร้างลายวงจรที่มีความซับซ้อนได้ เมื่อได้แผ่นเวเฟอร์ที่มีลายวงจรมาแล้ว แผ่นเวเฟอร์จะถูกนำมาโดพด้วยสิ่งแปลกปลอมเพื่อให้ซิลิกอนมีสมบัตินำไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไป ทำให้เสมือนกับสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เล็กๆ ภายในแผ่น เวเฟอร์ จากนั้นจะเคลือบแผ่นเวเฟอร์ในบางบริเวณด้วยฟิล์ม คล้ายกับการต่อสายไฟให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในบนแผ่นเวเฟอร์เชื่อมโยงกัน จากนั้นนำแผ่นเวเฟอร์ไปตัดเป็นชิ้นเล็กๆ ที่มีวงจรรวมอยู่และประกอบเป็นชิพ แผ่นเวเฟอร์หนึ่งแผ่นจะสามารถสร้างชิพได้เป็นจำนวนนับร้อยเลยทีเดียว นับตั้งแต่มีการคิดค้นแผงวงจรรวมไอซีขึ้น ก็ได้มีความพยายามที่จะเพิ่มจำนวนของทรานซิสเตอร์ในแผงวงจรรวม วิธีการหนึ่งที่ได้ผลดีคือการย่อขนาดของทรานซิสเตอร์ให้เล็กลง จากที่เคยมีขนาดของทรานซิสเตอร์ในระดับมิลลิเมตร ทุกวันนี้เรามีทรานซิสเตอร์ในขนาดเพียง 0.13 ไมโครเมตร และมีความพยายามเป็นอย่างมากที่จะย่อขนาดของวงจรลงไปที่ระดับ 0.1และ 0.05 ไมโครเมตร แต่ขณะนี้กลับยังไม่มีใครทราบว่าโฉมหน้าของไมโครเทคโนโลยีระดับ 0.05 ไมครอนจะมีลักษณะเป็นอย่างไร ทำให้เป็นที่วิตกกังวลแก่สมาคมผู้ประกอบการสารกึ่งตัวนำในอเมริกาเป็นอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์หลายๆ คนถึงกับสรุปว่า อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์อาจจะไม่สามารถทำงานได้ในระดับต่ำกว่า 0.05 ไมครอน หรือไม่การประกอบชิพที่ระดับดังกล่าว อาจมีราคาแพงเสียจนพัฒนาการของวงการชิพอาจจะต้องล่าช้าไปอีกจนกระทั่งมีคนเรียกจุดอับนี้ว่า กำแพง 0.05 ไมครอน (0.05 micron barrier)

 สรุป 

เพื่อให้มีเทคโนโลยีใหม่เกิดขึ้นทดแทนก่อนอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์จะไปถึงจุดอับ  จึงได้มีการรวมตัวของนักวิจัยที่ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และจัดตั้งเป็นกลุ่มวิจัยนาโนเทคโนโลยีและโมเลกุลอิเล็กทรอนิกส์ขึ้น