చిపంతర్యామి!

చిప్‌ సర్వాంతర్యామి! అతిశయోక్తిలా అనిపించినా ఇది ముమ్మాటికీ నిజం. కంప్యూటర్ల దగ్గర్నుంచి కార్ల వరకూ.. ఫోన్ల దగ్గర్నుంచి ల్యాప్‌టాప్‌లు, ట్యాబ్లెట్ల వరకూ.. వాషింగ్‌ మిషన్ల దగ్గర్నుంచి రిఫ్రిజిరేటర్ల వరకూ ఏది పనిచేయాలన్నా మైక్రోచిప్‌ తప్పనిసరి. కొవిడ్‌ విజృంభణతో సెమీ కండక్టర్‌ చిప్‌ల కొరత మూలంగా ఏకంగా పరిశ్రమలు స్తంభించే పరిస్థితి నెలకొంది. ఇంతకీ ఏమిటీ మైక్రోచిప్‌ మహాత్మ్యం? దీన్ని ఎలా తయారుచేస్తారు? ఎలా పనిచేస్తుంది?

కొన్ని ఆవిష్కరణలు శాస్త్రరంగంలో ఎప్పటికీ మేలి మలుపులుగా నిలిచిపోతాయి. ఆవిరి యంత్రం, విద్యుత్తు, విమానం.. ఇలా ఒకోటీ ఒకో అభివృద్ధి ఘట్టానికి బీజం వేసినవే. మైక్రోచిప్‌ కూడా అలాంటి గొప్ప ఆవిష్కరణే. సమాచార సాధన స్రవంతితో మమేకమైన ఆధునిక ప్రపంచం మొత్తం దీని మీదే నడుస్తోంది మరి. కంప్యూటర్లు, ల్యాప్‌టాప్‌లు, మొబైల్‌ ఫోన్లు, సర్వర్లు, మోషన్‌ డిటెక్టర్లు, డిజిటల్‌ వాచ్‌లు, ఏటీఎంలు, వీడియోగేమ్‌లు.. ఒక్కటేమిటి? అన్నిరకాల ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరాల గుండెకాయ ఇదే. ఇంటిగ్రేటెడ్‌ సర్క్యూట్‌, మోనోలితిక్‌ సర్క్యూట్‌, మైక్రోచిప్‌, సెమీ కండక్టర్‌, తేలికగా చిప్‌. ఇలా దీనికి చాలా పేర్లే ఉన్నాయి. చూడ్డానికి చిన్నదే కావొచ్చు గానీ దీని మీద బోలెడన్ని ట్రాన్సిస్టర్లు, రెసిస్టర్లు, కెపాసిటర్లు ఉంటాయి. ట్రాన్సిస్టర్లు మీటల మాదిరిగా విద్యుత్తును ఆన్‌, ఆఫ్‌ చేస్తుంటాయి. ట్రాన్సిస్టర్ల మధ్య ముందుకూ వెనక్కూ వెళ్లే విద్యుత్తు ప్రసారాన్ని రెసిస్టర్లు నియంత్రిస్తుంటాయి. ఇక కెపాసిటర్లేమో విద్యుత్తును నిల్వ చేసుకొని, విడుదల చేస్తూ ఉంటాయి. ఇలా ఇవన్నీ గోరుకన్నా చిన్నదైన చిప్‌ మీద ఒదిగిపోయి ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరాలను నడిపిస్తుంటాయి.

ఇసుకే ఆధారం
ఇంతకీ చిప్‌లు దేంతో తయారవుతాయి? సిలికా అనే ఇసుక నుంచి పుట్టుకొచ్చిన సిలికాన్‌తో. దీనికి విద్యుత్తును ప్రసారం చేసే, నిలువరించే గుణముంది. అంటే సెమీకండక్టర్‌ మాదిరిగా పనిచేస్తుందన్నమాట. కంప్యూటర్లు, కంప్యూటర్‌ భాగాలు రోజురోజుకీ చిన్నగా అవటానికి దోహదం చేస్తున్నవి ఈ సెమీకండక్టర్‌ పదార్థాలే. వీటిల్లో ప్రధానమైంది సిలికానే. ఫొటో లిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ ద్వారా సిలికాన్‌ను పొరలుగా పరుచుకుంటూ చిప్‌లను రూపొందిస్తుంటారు. ముందుగా కాంతికి స్పందించే రసాయనంతో కూడిన ఉపరితలం మీద సిలికాన్‌ డయాక్సైడ్‌ను పొరలుగా పోస్తారు. అతి నీలలోహిత కాంతి ప్రభావానికి గురైనప్పుడు దీనిపై ఉబ్బెత్తుగా 3డీ ఆకారంలో సర్క్యూట్‌ డిజైన్‌ ఏర్పడుంది. కాంతి తగిలిన భాగం గట్టిపడుతుంది. మిగిలిన మెత్తటి భాగాలను గ్యాస్‌తో తొలగిస్తారు. చిప్‌ పొరల మీద ట్రాన్సిస్టర్లను, తీగలను అమర్చి.. సన్నటి లోహపు (అల్యూమినియం) పోతలతో అనుసంధానం చేస్తారు. (బాక్సులో సవివరంగా..)

అత్యంత శుద్ధమైన సిలికాన్‌ క్వార్ట్జ్‌ రాళ్లలో లభిస్తుంది. ఉత్తర కరోలినాలోని స్ప్రూస్‌ పైన్‌ క్వారీలో శుద్ధమైన క్వార్ట్జ్‌ ఉంటాయి.

రెండు రకాలు
మైక్రోచిప్‌లు ప్రధానంగా రెండు రకాలు. ఒకటి- సమాచారాన్ని నిల్వ చేసుకునే మెమరీ చిప్స్‌. రెండు- సహేతుకంగా విశ్లేషించే లాజిక్‌ చిప్స్‌. కంప్యూటర్లకే కాదు, వివిధ రకాల ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరాల మెదడులా ఉపయోగపడేవి ఈ లాజిక్‌ చిప్సే. 1960ల్లోనే అమెరికా వైమానిక దళం క్షిపణుల తయారీలోనూ వీటిని వాడుకుంది. అపోలో ప్రాజెక్టు కోసమూ నాసా వీటిని ఉపయోగించింది. టెలివిజన్లు, జీపీఎస్‌ పరికరాలు, ఐడీ కార్డులు.. చివరికి క్యాన్సర్‌ వంటి జబ్బులను త్వరగా గుర్తించటానికి వైద్యరంగంలోనూ ఇవి ఎంతగానో ఉపయోగపడుతున్నాయి. ప్రస్తుతం అందరి చేతి పరికరంగా మారిన స్మార్ట్‌ఫోన్లలో ఇంటర్నెట్‌ వినియోగానికి తోడ్పడుతున్నవీ ఇవే. ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరాల వెల్లువతో వీటికి రోజురోజుకీ డిమాండ్‌ పెరుగుతూ వచ్చింది. 2019లో 63,400 కోట్లకు పైగా చిప్‌లు తయారయ్యాయి! కానీ కరోనా విజృంభణతో వీటి ఉత్పత్తి గణనీయంగా పడిపోయింది. దీనికి తోడు అంతా ఆన్‌లైన్‌లోనే ఎక్కువగా గడుపుతుండటంతో డిమాండ్‌ ఇంకా పెరిగిపోయింది. ఫలితంగా చిప్‌ల కొరత ఏర్పడి, పరిశ్రమలకు ఇక్కట్లు సృష్టిస్తోంది.

తయారీ సునిశితం

మైక్రోచిప్‌ తయారీ సున్నితమైంది. వీటిని చాలా కచ్చితత్వంతో రూపొందించాల్సి ఉంటుంది. ఇందుకు ప్రత్యేక పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.

పొరల తయారీ

సిలికాన్‌ స్ఫటికాలను పొడవైన సిలిండర్లుగా వృద్ధి చేసి, పలుచటి పొరలను సృష్టిస్తారు. వీటిని చిప్‌ల మాదిరిగా కత్తిరిస్తారు.

మాస్కింగ్‌

సిలికాన్‌ డయాక్సైడ్‌లో ముంచి పూత పూయటానికి పొరలను వేడిచేస్తారు. అతి నీలలోహిత కాంతి సాయంతో పొరను గట్టి పరుస్తారు (ఫొటోరెసిస్ట్‌).

ఎచింగ్‌

ఒక రసాయనం ద్వారా ఫొటోరెసిస్ట్‌ను తొలగిస్తారు. దీంతో ఎన్‌-రకం, పి-రకం సిలికాన్‌ను అమర్చటానికి అవసరమైన డిజైన్‌ ఏర్పడుతుంది.

డోపింగ్‌

పొరలను గ్యాస్‌తో వేడిచేసి సిలికాన్‌ కుదురుకోవటానికి అనువుగా భాగాలను ఏర్పరుస్తారు.

పరీక్ష

ప్రతీ చిప్‌నూ పొడవైన లోహ అనుసంధానాలతో పరీక్షిస్తారు. పనిచేయని వాటిని పక్కన పెడతారు.

ప్యాకింగ్‌

పనిచేస్తున్న చిప్‌లను పొరల నుంచి కత్తిరించి, భద్రంగా ప్యాక్‌ చేసి, సరఫరా చేస్తారు.

సెలవులు లభించకపోవటంతో

మొట్టమొదటి మైక్రోచిప్‌   

సృష్టికర్త జాక్‌ కిల్బీ

కిల్బీ చిప్‌తోనే ఆగిపోలేదు. పోర్టబుల్‌ కాలిక్యుటేర్‌నూ ఆవిష్కరించారు. చిప్‌ ఆవిష్కరణకు గాను ఆయన 2000 సంవత్సరలో నోబెల్‌ బహుమతినీ అందుకున్నారు. ఇక రాబర్ట్‌ నోయిస్‌ ఇంటెల్‌ సంస్థను స్థాపించారు. మైక్రోప్రాసెసర్‌ పుట్టుకొచ్చింది ఇక్కడ్నుంచే.

మైక్రోచిప్‌లకు 1947లో ట్రాన్సిస్టర్ల ఆవిష్కరణతోనే బీజం పడింది. ఎలక్ట్రాన్లు కొన్ని స్ఫటికాల మీద కొన్ని పరిస్థితుల్లో నిరోధకాలుగా ఏర్పడతాయని విలియం బి.షాక్లే బృందం గుర్తించింది. వీటిని మార్చటం ద్వారా స్ఫటికాల్లో విద్యుత్‌ ప్రవాహాన్ని నియంత్రించొచ్చని కనుగొంది. ఇదే ట్రాన్సిస్టర్‌ రూపకల్పనకు దారి తీసింది. ఈ పద్ధతితో రెసిస్టర్లు, కెపాసిటర్లు కూడా సృష్టించొచ్చని గుర్తించారు. దీంతో అప్పటివరకు రేడియోలు, టీవీల వంటి వాటిల్లోని వాక్యూమ్‌ ట్యూబులకు కాలం చెల్లినట్టయ్యింది. ఫలితంగా ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరాల సైజు గణనీయంగా తగ్గిపోయింది. దీని స్ఫూర్తితోనే జాక్‌ కిల్బీ అనే ఇంజినీర్‌ 1958లో ఒకేచోట పలు ట్రాన్సిస్టర్లను అమర్చేలా తొలి చిప్‌ను ఆవిష్కరించారు. ఆయన అప్పుడే అమెరికాలోని టెక్సాస్‌ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్స్‌ కంపెనీలో చేరారు. వేసవి సెలవులను ఆస్వాదించటానికి మిగతా ఉద్యోగులంతా షికారుకు వెళ్లారు. కానీ ఆయనకు అవకాశం లభించలేదు. దీంతో ల్యాబ్‌లోనే ఉండిపోయారు. మిగతా ఉద్యోగులు సెలవుల నుంచి వచ్చేసరికి తనదైన ఆలోచనతో కొత్తరకం సర్క్యూట్‌ను సిద్ధం చేశారు. ఎలక్ట్రానిక్‌ పదార్థాలు స్థిరంగా ఉండటానికి పట్టు స్క్రీన్‌తో సెరాబిక్‌ బేస్‌ సర్క్యూట్‌ను రూపొందించారు. మైక్రోచిప్‌కు పునాది ఇదే. అయితే 1959లో రాబర్ట్‌ నోయిస్‌ అనే మరో ఇంజినీర్‌ కూడా ఒకే ముక్క మీద మొత్తం సర్క్యూట్‌ అమర్చే విధానాన్ని కనుగొన్నారు. దీనికి 1961లో పేటెంట్‌ కూడా పొందారు. అప్పటికి కిల్బీ దరఖాస్తు ఇంకా పరిశీలనలోనే ఉండి పోయింది. ఇలా ఒకేసారి వేర్వేరు చోట్ల మైక్రోచిప్‌ పుట్టుకొచ్చింది. అందుకే ఇద్దరినీ మైక్రోచిప్‌ సృష్టికర్తలుగానే భావిస్తున్నారు. అప్పట్నుంచీ మైకోచిప్‌ పరిజ్ఞానం కొత్త పుంతలు తొక్కుతూనే ఉంది. మొదట్లో ఒక చిప్‌ మీద ఒక ట్రాన్సిస్టర్‌, మూడు రెసిస్టర్లు, ఒక కంపాక్టర్‌ మాత్రమే ఉండేవి. ఇప్పుడు ఒక చిప్‌ మీద 12.5 కోట్ల ట్రాన్సిస్టర్లు అమరుస్తున్నారు. ఇవే లేకపోతే కంప్యూటర్లు, టీవీల వంటివి ఇంకా పెద్దగానే ఉండేవి. ఒకప్పుడు కంప్యూటర్‌ ఏకంగా గదంత పెద్దగా ఉండేది మరి. తొలితరం కంప్యూటర్లలో ఎలక్ట్రిక్‌ భాగాలను విడివిడిగా సోల్డరింగ్‌ చేసి సర్క్యూట్‌ బోర్డు మీద అమర్చేవారు. ఇది చాలా శ్రమతో కూడుకున్న పని. ఇంటిగ్రేటెడ్‌ సర్క్యూట్‌ రాకతో ఇది చాలా తేలికైంది.