अमृतांशु नेरुरकर,

मोठय़ा डिझाइनची ‘प्रकाशकिरणांच्या मदतीने छपाईक्रिया’ घडवल्यास छोटीशी चिप तयार होईल, ही नवी मळवाट ठरली..

How to treat heat-related illnesses
उष्णतेच्या लाटेचा कसा करावा सामना? सरकारने मार्गदर्शक सुचना केल्या जारी
All information about OpenAI GPT 4 Vision in marathi
प्रतिमा, मजकूर आणि ध्वनी अशा तिन्ही गोष्टींवर करणार प्रक्रिया; GPT- 4 Vision नक्की काय आहे?
Mahanirmiti Koradi Bharti 2024
Nagpur Jobs : महानिर्मिती कोराडी येथे १९६ पदांसाठी अर्ज प्रक्रिया सुरू, आजच अर्ज करा
documentry article lokrang marathi news, lokrang article marathi
आम्ही डॉक्युमेण्ट्रीवाले : वन्यजीवांवरील रोमांचक प्रकल्प

१९६० ते ७० हा काळ अमेरिकी चिप कंपन्यांसाठी भरभराटीचा होता. अमेरिका-रशियामध्ये सुरू असलेलं शीतयुद्ध, लष्करी तसंच अंतराळ तंत्रज्ञानात एकमेकांवर कुरघोडी करण्यासाठी चाललेली जीवघेणी चढाओढ, तंत्रज्ञानातली आघाडी टिकवण्यासाठी अमेरिकी शासनाकडून लष्करी वा संशोधन संस्थांवर सुरू असलेली निधीची खैरात, या सर्वामुळे चिप कंपन्यांसाठी एक खात्रीचा व दीर्घकाळ टिकून राहील असा ग्राहकवर्ग तयार झाला होता.

फेअरचाइल्ड व टेक्सास इन्स्ट्रुमेंट्स (टीआय) या चिप क्षेत्रातील त्या काळातल्या अग्रणी कंपन्यांनी अनुक्रमे नासाच्या अपोलो मिशनसाठी आणि अमेरिकी हवाई दलाच्या मिनिट-मॅन क्षेपणास्त्रांसाठी चिप पुरवण्याचं कंत्राट आपापल्या पदरी पाडून घेतलं होतं. थोडक्यात चिपनिर्मिती मोठय़ा प्रमाणावर केल्यास त्यांची खरेदी कोण करणार हा प्रश्न आता सुटला होता. पण एवढय़ा मोठय़ा प्रमाणावर, किफायतशीरपणे आणि उपलब्ध कच्चा माल व इतर साधनांचा कमीतकमी अपव्यय करून निर्दोष चिपनिर्मिती करायची कशी हा मूलभूत प्रश्न अद्याप सुटायचा होता. 

टीआयचा विचार केला तर तिच्या चिपला अमेरिकी हवाई दलाच्या बरोबरीनं इतर लष्करी आस्थापनांकडूनही काम मिळायला सुरुवात झाली होती. मिनिट-मॅनच्या यशानंतर अमेरिकी संरक्षण दलाची सेमीकंडक्टर चिपची भूक एवढी वाढली होती की सुरुवातीला महिन्याकाठी केवळ काही शेकडा चिपची खरेदी करणाऱ्या लष्करी आस्थापनांना वर्ष- दोन वर्षांतच महिन्याकाठी दहा हजारांच्यावर चिपची आवश्यकता भासू लागली. ही वाढ फक्त संख्येनं होत होती असंही नाही कारण अधिक कार्यक्षमतेच्या चिपची आगाऊ नोंदणीही लष्कराकडून केली जात होती. एवढय़ा प्रचंड संख्येने अधिकाधिक कार्यक्षमतेच्या चिपची निर्मिती करणं टीआयच्या आवाक्याबाहेरचं ठरत चाललं होतं.

हेही वाचा >>> बुकबातमी: कादंबरी खूपविकी होण्याची ताजी गोष्ट..

त्याच काळात टीआयमध्ये जे लॅथ्रॉप या निष्णात भौतिकशास्त्रज्ञानं प्रवेश केला होता. किल्बीनं निर्मिलेल्या इंटिग्रेटेड सर्किटच्या (आयसी) आरेखनाचा सखोल अभ्यास करताना त्याला आयसी किंवा चिपच्या संरचनेच्या (डिझाइन) मर्यादांची जाणीव प्रकर्षांनं होऊ लागली. किल्बीच्या संरचनेत (ज्याला ‘मेसा स्ट्रक्चर’ असं म्हटलं जायचं) एका ट्रान्झिस्टरचा आकार एका मर्यादेपलीकडे कमी करता येत नसे. अशा परिस्थितीत चिपचा आकार तसंच वजन कितपत कमी होऊ शकेल व कार्यक्षमता किती प्रमाणात वाढू शकेल अशी रास्त तांत्रिक शंका लॅथ्रॉपच्या मनात तयार होऊ लागली.

एकदा एका ट्रान्झिस्टरच्या संरचनेला सूक्ष्मदर्शक यंत्रातून (मायक्रोस्कोप) अभ्यासताना लॅथ्रॉपच्या डोक्यात एक अफलातून कल्पना आली. सूक्ष्मदर्शक यंत्रातील भिंग हे कोणत्याही लहान वस्तूचा आकार वाढवून दाखवतं. आता जर सूक्ष्मदर्शक यंत्राला बरोबर उलटं केलं तर हेच भिंग एका विशाल आकाराच्या वस्तूला लहान करून दाखवेल. मग अशा उलटय़ा फिरवलेल्या सूक्ष्मदर्शक यंत्राच्या भिंगासमोर जर ट्रान्झिस्टरचा एका मोठय़ा आकाराचा आकृतिबंध (पॅटर्न) ठेवला, त्याच्या वरून प्रकाशकिरण सोडले आणि भिंगाच्या दुसऱ्या बाजूला जर सेमीकंडक्टर पदार्थाची (सिलिकॉन किंवा जर्मेनियम) चकती ठेवली तर हे यंत्र त्या चकतीवर ट्रान्झिस्टरचं आरेखन सूक्ष्म स्वरूपात करू शकेल का?

लॅथ्रॉपची कल्पना सैद्धांतिकदृष्टय़ा बिनतोड होती. पण या कल्पनेचं व्यावहारिकदृष्टय़ा यशस्वी प्रक्रियेमध्ये रूपांतर होण्यासाठी त्याला अशा रसायनाची गरज होती ज्यावर भिंगातून येणाऱ्या प्रखर प्रकाशकिरणांमुळे रासायनिक प्रक्रिया होऊन ट्रान्झिस्टरची सेमीकंडक्टर चकतीवर ‘छपाई’ बिनचूकपणे होऊ शकेल. यासाठी लॅथ्रॉपच्या मदतीला आला टीआयमध्येच रसायनशास्त्रज्ञ म्हणून काम करणारा जेम्स नॉल! कोडॅक या कॅमेरा आणि फोटोफिल्म बनवणाऱ्या कंपनीकडून रिळांवर काढलेल्या फोटोची अचूकपणे छपाई करण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या ‘फोटोरेजिस्ट’ या रसायनाबद्दल नॉल ऐकून होता. या रसायनावर प्रकाशकिरण पडल्यानंतर त्यावर प्रक्रिया होऊन मागील रिळावर फोटो छापून येत असे.

हेही वाचा >>> कलाकारण: माध्यमांची परीक्षा पाहणाऱ्या कलाकृती

लॅथ्रॉप आणि नॉलच्या नशिबाने कोडॅक हे रसायन बाजारात विकतही असे, जे त्यांनी या प्रयोगासाठी कोडॅककडून विकत घेतलं. जर्मेनियमच्या एका चकतीला हे फोटोरेजिस्ट रसायन लावून ती त्यांनी उलटय़ा केलेल्या सूक्ष्मदर्शक यंत्राच्या भिंगासमोर ठेवली. भिंगाच्या दुसऱ्या बाजूला ट्रान्झिस्टरचा आकृतिबंध ठेवून प्रकाशकिरण त्या आकृतिबंधाला छेदून जातील अशी सोय केली. त्यांच्या अपेक्षेप्रमाणे अगदी त्याच पद्धतीचा पण अत्यंत सूक्ष्म स्वरूपातला ट्रान्झिस्टरचा आकृतिबंध, उलटय़ा सूक्ष्मदर्शक यंत्रातून बाहेर पडून एकवटलेले प्रकाशकिरण जर्मेनियमच्या चकतीवर जिथं पडत होते, तिथं तयार होऊ लागला. पुढे जाऊन लॅथ्रॉपने चिपमधील ट्रान्झिस्टरच्या एकत्रित परिचालनासाठी आवश्यक असलेल्या तारांच्या जोडण्यादेखील याच पद्धतीनं सेमीकंडक्टरच्या चकतीवर छापायला सुरुवात केली.

चिपनिर्मिती तंत्रज्ञानामध्ये आमूलाग्र बदल घडवणाऱ्या या तंत्रज्ञानाला ‘फोटोलिथोग्राफी’ (शब्दश: भाषांतर केल्यास ‘प्रकाशकिरणांच्या मदतीने छपाईक्रिया’) असं म्हणतात. साहजिकच, या तंत्रज्ञानाचा उद्गाता जे लॅथ्रॉप यानंच हे सार्थ नामकरण केलं आहे. इंटिग्रेटेड सर्किटचा जनक जॅक किल्बी व टीआयचा तत्कालीन प्रमुख पॅट हॅगार्टीला या शोधाचं महत्त्व पटायला फारसा वेळ लागणं शक्यच नव्हतं. अमेरिकी लष्करी आस्थापनांकडून होणारी चिपची मागणी दिवसेंदिवस वाढतच होती. टीआयच्या इतर चिप अभियंत्यांना हाताशी घेऊन, कोडॅककडून आलेल्या रसायनांचं संपूर्ण शुद्धीकरण करण्यासाठी त्यावर पुनप्र्रक्रिया करून, तसेच ट्रान्झिस्टरचा आकृतिबंध सेमीकंडक्टर चकतीवर अचूकतेनं उमटवण्यासाठी ‘मास्क’चा वापर करून, लॅथ्रॉपनं ‘फोटोलिथोग्राफी’ प्रक्रियेचं प्रमाणीकरण केलं. चिप उत्पादन प्रक्रिया  घाऊक उत्पादनासाठी- ‘मास प्रॉडक्शन’साठी आता खऱ्या अर्थानं सज्ज झाली होती.

एकीकडे टीआय शासकीय आणि लष्करी आस्थापनांची अधिकाधिक कामं मिळवण्याची धडपड करत असताना बॉब नॉईस आणि त्याची फेअरचाइल्ड सेमीकंडक्टर स्वस्थ बसणं शक्यच नव्हतं. फेअरचाइल्डकडे अपोलो मिशनचं दीर्घ मुदतीचं कंत्राट तर होतंच. पण फक्त या एका कंत्राटावर समाधान मानेल या वृत्तीचा नॉईस कधीच नव्हता. त्याची महत्त्वाकांक्षा अफाट होती. चिप तंत्रज्ञानाला त्याला ग्राहकाभिमुख करायचं होतं. त्यासाठी आपलं उत्पादन केवळ अमेरिकी शासन, लष्कर किंवा शासकीय संशोधन संस्था एवढय़ावरच सीमित राहून चालणार नाही याची पुरेपूर जाणीव त्याला होती. तो जाणून होता की ज्यावेळी चिप तंत्रज्ञान हे सामान्य माणूस वापरू शकेल अशा उपकरणांत- आणि त्याला परवडू शकेल अशा किमतीत- उपलब्ध होईल, तेव्हा चिपची मागणी उत्तरोत्तर अनंत काळापर्यंत वाढत तर जाईलच; पण तेव्हाच हे तंत्रज्ञान ‘ग्राहकोपयोगी’ म्हणण्याच्या लायकीचं होईल.

नॉईसला यासाठी संगणक तसेच इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रात कार्यरत असणाऱ्या कंपन्या आपल्या भावी ग्राहक म्हणून खुणावत होत्या. त्यांच्या उपकरणांत चिपचा वापर होण्यासाठी चिपच्या किमती किमान दसपटीनं घटवण्याची गरज होती आणि ह्यासाठी पुन्हा चिपचं उत्पादन मोठय़ा प्रमाणात करण्यावाचून पर्याय नव्हता. नुकत्याच आलेल्या लॅथ्रॉपच्या फोटोलिथोग्राफी तंत्रज्ञानाबद्दल नॉईस ऐकून होता. त्यानं प्रयत्नांची पराकाष्ठा करून लॅथ्रॉपबरोबर हे तंत्रज्ञान शोधण्यात भरीव योगदान देणाऱ्या जेम्स नॉलला फेअरचाइल्डमध्ये सामील व्हायला राजी तर केलंच पण हे तंत्रज्ञान सुधारित स्वरूपात वापरण्यासाठी देखील सुसज्ज केलं.

चिप तंत्रज्ञान सामान्य ग्राहकाभिमुख बनविण्याचं नॉईसचं स्वप्न सत्यात यायला फार वेळ लागला नाही. जिथे १९६१-६२ मध्ये फेअरचाइल्डची एक ‘मायक्रोलॉजिक’ चिप १२० डॉलरना विकली जात होती, तीच वर्षभराच्या आत नॉईसनं खासगी कंपन्यांना १५ डॉलरना विकण्यास सुरुवात केली. १९६५-६६ पर्यंत तिची किंमत त्यानं केवळ दोन डॉलपर्यंत खाली आणली. याचा नॉईसला अपेक्षित असलेला परिणाम अर्थातच लगेच दिसून येऊ लागला. एका बाजूला टीआय तिच्या चिप उद्योगासाठी जवळपास संपूर्णपणे अमेरिकी शासकीय व लष्करी कंत्राटांवर अवलंबून होती तर दुसऱ्या बाजूला फेअरचाइल्डनं आपलं अवलंबित्व एका मर्यादेपलीकडे शासकीय कंत्राटांवर कधीच येऊ दिलं नाही. किंबहुना १९६५ नंतर नॉईसनं लष्करी संशोधन संस्थांकडून मिळू शकणाऱ्या बऱ्याचशा कंत्राटांचा स्वीकार करायला चक्क नकार दिला.

असं करण्यामागे नॉईसला आपल्या उत्पादनासाठी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणं बनवणाऱ्या व्यावसायिक आस्थापनांना फेअरचाइल्डचे प्रमुख ग्राहक बनवायचं होतं हे कारण होतंच पण त्याचबरोबर त्याला त्याच्या कंपनीत होत असलेल्या सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानातील संशोधनात अमेरिकी शासन किंवा लष्कराची लुडबूड नको होती. १९६०च्या उत्तरार्धात जेव्हा अमेरिकी शासनानं लष्करावरील खर्च लक्षणीयरीत्या कमी करण्याचा निर्णय घेतला, तेव्हा फेअरचाइल्डला त्याची विशेष झळ बसली नाही. असो. फोटोलिथोग्राफी तंत्रज्ञानाचा शोध हा चिपनिर्मिती क्षेत्रासाठी एक ‘पॅराडाइम शिफ्ट’ होता- नवी मळवाट शोधणारा होता. ‘मास प्रॉडक्शन’ची देणगी या तंत्रज्ञानानंच चिपनिर्मिती क्षेत्राला बहाल केली, त्यानंतर या क्षेत्रानं कधीच मागे वळून पाहिलं नाही.

लेखक ‘चिप’-उद्योगात कार्यरत असलेले तज्ज्ञ