சில்லு இன்றைய மின்துகளியலின் கட்டும் பாளம்

உங்கள் காலை காபியை தயாரித்துத்தரும் இலக்கமுறை காபி இயந்திரம், நீங்கள் அதிகமாக பென்சில் உபயோகிப்பதை தவிர்க்க உதவும் சட்டைப்பை கணிப்பான், புதிய தானியங்கி மோட்டார் வண்டிகளின் கருவித் தட்டுகளிலுள்ள பலவண்ண காட்சிமுறை—இவை அனைத்தும் ஒன்றைப் பொதுவாக கொண்டுள்ளன: ஒரு குழந்தையின் பெருவிரல் நகத்தைவிட அதிகம் பெரியதல்லாத மெல்லிய சிலிகான் சில்லுகளை உபயோகிப்பதன் மூலம் அவை சாத்தியமாக்கப்பட்டன.

நீங்கள் வைத்திருக்கக்கூடிய மற்ற பல பொருள்களிலும்கூட இந்தச் சில்லுகள் காணப்படுகின்றன—கைக்கடிகாரங்கள், தொலைக்காட்சிப் பெட்டிகள், வானொலிப்பெட்டிகள், தொலைபேசிகள், சாதனங்கள், மேலும் சில கருவிகள். வீட்டில் உபயோகப்படுத்தப்படும் சாதாரண அன்றாட பொருள்களிலிருந்து அதிக இரகசியமான இராணுவ உபயோகங்கள் வரையிலும், உலகம் முழுவதும் மக்கள் வாழும் மற்றும் வேலை செய்யும் முறையை மாற்றியமைப்பதில் மின் துகளியலின் அற்புதமாகிய இந்தச் சிறிய விலைமதிப்பற்ற பொருளானது ஒரு பெரிய பங்கை வகிக்கிறது. ஆனால் ஒரு சிலிகான் சில்லு என்றால் என்ன? அது எப்படி வந்தது? மேலும் உங்களுடைய அன்றாட வாழ்க்கையில் அது எப்படி உட்புகுந்தது?

ஒரு சில்லு என்பதென்ன?

ஒரு சிலிகான் சில்லென்பது, அடிப்படையில், நுண்மின் சுற்று வழிகளின் தொகுப்பாகும். ஒரு மின் சுற்றுவழியை இந்தக் கட்டுரையிலுள்ள ஒரு வாக்கியத்திற்கு நீங்கள் ஒப்பிடலாம். ஒவ்வொரு வாக்கியமும் பெயற்சொற்கள், வினைச்சொற்கள், பெயரெச்சங்கள் போன்ற திட்டமான உறுப்புகளாலானவையாகும். இந்த உறுப்புகளை வெவ்வேறு விதமாக அமைப்பதன் மூலம், வாக்கியங்களை கூற்றுகளாகவும், கேள்விகளாகவும், கவிதைகளாகவும் ஒன்று சேர்க்கலாம். மேலும், தர்க்கரீதியாக, வாக்கியங்களை ஒன்று சேர்ப்பதன் மூலம், உரையாடலையும் எழுத்தையும் கொண்டிருக்கிறோம்.

மின் சுற்று வழிகளும் அதே போலத்தான் உள்ளன. திரிதடயங்கள், இருமுனையங்கள் தடைகள் போன்ற திட்டமான மின்துகளியல் சார்ந்த உறுப்புகள் விதவிதமாக பொருத்தியமைப்பதன் மூலம், பல வேலைகள் செய்யக்கூடிய மின்சுற்று வழிகளை உருவாக்கலாம். பின்னர் எல்லாவித உபயோகமான மின்துகளியல் முறைகளையும் செய்வதற்கு இப்படியான ஆயிரக்கணக்கான சுற்றுவழிகளை ஒன்று சேர்க்கலாம். கோட்பாட்டு அளவிலாவது இப்படியாக உள்ளது.

நடைமுறையிலோ, நூறு ஆயிரம் மின்துகளியல் உறுப்புகளை இணைப்பது, ஒரு மாபெரும் வேலையாகும்; அவை எடுத்துக்கொள்ளும் இடத்தைப் பற்றியும் சொல்ல வேண்டியதில்லை. 1940-களின் பிற்பகுதியில், முதல் சந்ததி கணிப்பொறிகளை ஒன்று சேர்த்தபோது, குறிப்பாக இந்தத் தடங்கலைத்தான் விஞ்ஞானிகள் எதிர்ப்பட்டனர். ஃபிலடெல்ஃபியாவிலுள்ள அப்படிப்பட்ட ஈனியாக் (ENIAC, எலக்ட்ரானிக் நியூமெரிக்கல் இண்டக்ரேட்டர் அண்டு கால்கியுலேட்டர்) என்றழைக்கப்பட்ட ஒரு கணிப்பொறியானது, தரையின் 1,500 சதுர அடி பரப்பளவை எடுத்துக்கொண்டது; சுமார் 30 டன்கள் எடையை கொண்டிருந்தது; மேலும், சுமார் 19,000 வெறுங்குழாய்களையும் கொண்டிருந்தது! 1,300, 100 வாட்டு மின்விளக்குகளுக்குத் தேவையான சக்தி இந்த அரக்கனை இயக்குவதற்கு தேவைப்பட்டது. மின்சாரத்திற்கான அதனுடைய பசி, வேடிக்கையான கதைகளை உண்டுபண்ணியது. அதனை இயக்க விசையை திருப்பினால், மேற்கு ஃபிலடெல்ஃபியாவிலுள்ள எல்லா விளக்குகளின் ஒளியும் மங்கும் என்று ஒருவர் சொல்லுகிறார்.

அவ்வளவு பருமனாக இருந்தாலும், ஈனியாக்கின் மற்றும் அதனுடைய சகாக்களின் திறன் இந்தக் காலத்து கணிப்பொறிகளுடன் ஒப்பிடும்போது மிகவும் குறைவாக இருந்தது. இன்றைய மேசை மீது வைக்கக்கூடிய கணிப்பொறி, வினாடிக்கு பத்து இலட்சக்கணக்கான எண்களின் செய்மானங்களை செய்யும்போது, ஈனியாக் வினாடிக்கு சுமார் 5,000 கூட்டங்கள் அல்லது வெறுமென 300 பெருக்கல்களை சிரமப்பட்டு செய்து வந்தது. மேலும், சில நூறு டாலர்களே விலையான இன்றைய கணிப்பொறிகள், 1,00,000 அல்லது அதிகமான எண்களை வைத்துக்கொள்ள போதிய நினைவுத்திறனை கொண்டிருக்கலாம்; ஆனால் எட்வாக் (EDVAC), மற்றுமொரு அந்தக் காலத்தை சேர்ந்த பெரிய கணிப்பொறியானது, 1,024 எண்களை மட்டும் நினைவில் வைத்துக்கொள்ள முடிந்தது. இன்றைய கணிப்பொறிகளை இவ்வளவு அதிக வல்லமை வாய்ந்தவையாக ஆக்க என்ன நடந்தது?

1960-களின் ஆரம்ப வருடங்களில், சிறிய திறன்மிக்க திரிதடயம் வெளிவந்தது. முடிவாக, கணிப்பொறி விஞ்ஞானிகள் அவர்களுடைய மெதுவாக இயங்கும், சக்திக்கான அதிக பசியை கொண்ட அரக்கர்களை சரியான அளவிற்கு கொண்டுவர முடிந்தது. இன்றைய கணிப்பொறிகளை கட்டியமைப்பதற்குமுன் இன்னும் மற்றுமொரு முன்னேற்றம் நடக்க இருந்தது. இது ஒளிப்பட இயலின் உலகிலிருந்து வரவிருந்தது.

அளவு சிறியதாக்கலும் சில்லும்

நீங்கள் அறிந்திருக்கக்கூடிய வண்ணம், சரியான சாதனங்களை உபயோகித்து ஒளிப்படங்களை ஒருவர் தேவைக்கேற்ப பெரியதாக்கவோ அல்லது சிறியதாக்கவோ முடியும். சமீப ஆண்டுகளில், கணிப்பொறி இயல் வல்லுநர்கள் கணிப்பொறி சுற்றுகளின் பெரிய வரைபடங்களை சிறிய அளவிற்கு ஒளிப்பட இயல் மூலம் குறைப்பதற்கு ஏதுவான ஒரு தொழில் செய்முறை உருவாக்கப்பட்டிருக்கிறது. இந்த வரைபடங்கள், ஒரு பெரிய நகரத்தின் தெருக்களை காட்டும் வரைப்படத்தைப்போல் சிக்கலானதாக இருந்தாலும், அளவில் சிறியதானப்பிறகு, கண்விழியோடு ஒட்டி அணியப்படும் ஒரு குழைமக்கண்ணாடி வில்லையைவிட சிறியதான ஒரு சில்லில் அவை பொருந்தும். ஒளிப்படங்கள் சாதாரண ஒளிப்பட தாளில் செய்யப்படாமல், பூமியின் மீதுள்ள அபரிமிதமான மூலப்பொருட்களில் ஒன்றான, சாதாரண மண்ணில் காணப்படும், சுத்தமான சிலிகான் தகடுகளினாலானவை.

சிலிகானின் சில குறிப்பிட்ட தன்மைகள் அவற்றை சில்லு செய்வதற்கு உகந்ததாக தேர்ந்தெடுக்கப்படச் செய்கின்றன. உதாரணமாக, பல்வேறு இரசாயன மாசுப்பொருட்களை அதனுடன் சேர்ப்பதன் மூலம், சிலிகானை தடைகளாகவும் (resistors), கொண்மிகளாகவும் (capacitors), மேலும் திரிதடயங்களாகவுங்கூட (transistors) செயல்படச் செய்யலாம். ஒரு சிலிகான் சில்லின் குறிப்பிட்டப் பகுதிகளில் மாசுப்பொருட்கள் சேர்ப்பதன் மூலம், அதன் மீது ஒரு முழு மின்துகளியல் சுற்றையே (electronic circuit) உண்டுபண்ண முடியும்.

உருக்கி சுத்தமாக்கப்பட்ட மணலிலிருந்து, நீண்ட சலாமிக் குழாய்களைப் போலகும்வரை சிலிகான் படிகங்கள் (crystals) வளர்க்கப்படுகின்றன. பின்னர் அவை மெல்லியத்தகடுகளாக வெட்டப்பட்டு பூசப்படுகின்றன. பெரிய மின்துகளியல் சுற்றுகளின் நுண்ணிய உருவப்படங்கள் அந்த மெல்லியத் தகடுகளின் மீது அடுத்தடுத்த அடுக்குகளில் பொறிக்கப்படுகின்றன. தகுந்த இடங்களில் இரசாயன மாசுப்பொருட்கள் சேர்க்கப்படுகின்றன. இறுதியாகச் சில்லுகள் மீது வருவது வெறுமெனப் படங்களாக இல்லாமல், உண்மையாகவே செயல்படும் மின் துகளியல் சுற்றுகளாக, ஒருங்கிணைந்த சுற்று வழிகளென (integrated circuits) அல்லது சுருக்கமாக ஐ.சி.-களென (IC) அழைக்கப்படும் சுற்றுவழிகளாக அமைகின்றன.

1960-களில் செய்யப்பட்ட ஒருங்கிணைந்தச் சுற்றுவழிகள் சுமார் நூறு மின் துகளியல் உறுப்புகளைக் கொண்டிருந்தன. ஆய்வுக்கூடங்களுக்கும் மேலும் இதர ஸ்தாபனங்களுக்கும் பெட்டி அளவில் “சிறிய” கணிப்பொறிகளைச் (computers) செய்ய இது பொறியியல் வல்லுநர்களுக்கு உதவியது. 1970-களின் இறுதி ஆண்டுகளுக்குள் LSI (அதிக பட்சம் ஒருங்கிணைந்தச்) சில்லுகள், ஒரு இலட்சத்திற்கும் அதிகமான உறுப்புகளுடன் செய்யப்பட்டன. இந்தச் சில்லுகள் மிகவும் சிக்கலானவை. கோட்பாட்டியலின்படி அவற்றில் ஒன்று ஒரு முழு கணிப்பொறியின் வேலைகளை, உதாரணமாக ஒரு மோட்டார் வாகனத்தை ஓட்டுவது அல்லது ஒரு நுண் அலை அடுப்பை இயக்குவது போன்றவற்றைச் செய்கிறது. இன்று, கணிப்பொறி விஞ்ஞானிகள் பத்து இலட்சக்கணக்கான உறுப்புகளைக் கொண்ட VLSI (மிகவும் அதிக பட்சமான ஒருங்கிணைப்பைக் கொண்டச்) சில்லுகளைப் பற்றிப் பேசுகின்றனர். கிட்டத்தட்ட 1,000 சதுர மைல்கள் அளவான அல்லது அலாஸ்காவின் அளவிற்கு இரட்டிப்பான அளவான நகரத்தின் தெருப்படங்களை, கால் அங்குல சதுரச் சில்லின் மீது திணிப்பதை கற்பனை செய்துபாருங்கள்!

சில்லும் நீங்களும்

சிக்கலான மின் துகளியல் சாதனங்களை உற்பத்தி செய்வதில் தேவைப்படும் சலிப்புண்டாக்கும் பற்றவைத்தலையும் (soldering), கைவேலையையும் சில்லின் உபயோகம் அகற்றுகிறது. இது முடிவில் உண்டாக்கப்படும் பொருளை குறைந்த விலையானதாகவும், அதிகம் நம்பக்கூடியதாகவும், மேலும் சிறியதாகவும் செய்கிறது. அதிகபட்ச உற்பத்தியானது, ஒலி சேர்க்கைப் போன்றத் தனிப்பட்டத் திறன் வாய்ந்த சில்லுகளின் விலையைக்கூட மிகவும் அதிகமாக குறைந்துள்ளது; அதனால் அவை இன்று எல்லாவிதப் பொருட்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஆகவே, நம்மைச் சுற்றியுள்ள, பேசும் விளையாட்டுக் கருவிகள், விற்பனைத் தொழிலாற்றும் இயந்திரங்கள், மற்றும் தானியங்கி வாகனங்களில் நாம் இந்தச் சில்லுகளைப் பார்க்கிறோம். சில நாடுகளில், உங்களுக்கு நேரத்தையோ அல்லது தொலைபேசி எண்ணையோச் சொல்லும் தொலைபேசி “இயக்குபவர்” சிலிகானால் செய்யப்பட்டவராக இருக்கலாம்! நீங்கள் சொல்லும் கட்டளைகளைப் புரிந்துகொள்வதற்காக சில்லுகளை உபயோகிக்கும் விற்பனை பொருட்கள் அதிகம் விரும்பப்படுபவையாக ஆகிவருகின்றன. இவற்றில் சில ஏமாற்று வித்தைகளாக இருக்கலாம், ஆனால் மற்றவை அங்கவீனமான ஆட்களுக்கு அதிகம் தேவைப்படும் ஆதரவை அளிக்கலாம்.

வியாபாரம் மற்றும் தொழில் தொகுதிகளிலும்கூட சில்லுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சலிப்பூட்டும், செய்ததையே செய்யும் அல்லது அபாயகரமான வேலைகளில் மனிதருக்குப் பதிலாகச் செயல்படக்கூடியத் தானியங்குப் பொறிகளை (robots) கட்டுப்படுத்த அவை, தொழிற்சாலைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பற்றவைத்தல், வண்ணம் பூசுதல் போன்ற வேலைகளைச் செய்து அவை ஏற்கெனவே தானியங்கு வாகன உற்பத்தியில் பெரிய அளவில் ஆக்கிரமித்து வருகின்றன. அலுவலகங்களில், வார்த்தைகளைக் கையாளக்கூடிய மின்துகளியல் இயந்திரங்கள் (electronic word processors), தட்டச்சு இயந்திரங்களுக்குப் பதிலாக விரைவில் வந்து கொண்டிருக்கின்றன; இவை எழுத்தை கூட்டிச் சோதிக்கவும், முழு கட்டுரையை மறுபடியும் தட்டச்சடிக்கத் தேவையின்றி மாற்றங்களைச் செய்யவும், மேலும் அஞ்சல் செய்ய முகவரிச் சீட்டுகளை அச்சடிக்கவும் உதவுகின்றன. ஆனால், அது சில சமயங்களில் ஒரு கலப்பு ஆசீர்வாதமாக உள்ளது. உடலுழைப்பற்ற மேசையடித் தொழிலாளர்கள் அவர்களது அலுவலக வேலைத் தொடரின் சலிப்பிலிருந்து விடுதலையாக்கப்பட்டிருந்தாலும், அவர்கள் அதற்கு மாறாக அதிகப்படியான கணிப்பொறியின் திரையிடமாக இறுக்கமாக இணைந்துள்ளார்கள்.

மறுபட்சத்தில், இந்தத் தலைமுறை கண்டுள்ள செய்தித் தொடர்புத் தொழில் நுட்ப முறைப் புரட்சிக்கு, சிலிகான் சில்லுகள் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் பயன்பட்டுள்ளன. நீங்கள் படிக்கும் இந்தப் பத்திரிகையானது, கணிப்பொறி திரைகளில் எழுதப்பட்டது, கணிப்பொறியால் அச்சுக்கோர்க்கப்பட்டது, மேலும் கணிப்பொறி உதவிக்கொண்டு அச்சிடப்பட்டது. உண்மையிலேயே, கணிப்பொறியின் உதவிகொண்டு அச்சு கோர்க்கவும் அச்சிடவும் தேவையான, தனித்தன்மைவாய்ந்த அதனுடைய மெப்ஸ் (MEPS, பன்மொழி மின் துகளியல் ஒளி அச்சுக்கோப்பு முறை) முறையினால், உவாட்ச் டவர் சொஸயிட்டி இந்த மிக அதிக அளவில் பிரயோகிக்கப்படும், உபயோகமான மின்துகளியலின் கட்டும் பாளமாகிய, சிலிகான் சில்லின் இந்தப் பல மொழி உபயோகத்திற்கு முன்னோடியாக விளங்குகிறது. (g89 5⁄22)