Một con chip nhỏ, một bước ngoặt lớn
Câu chuyện chip MOS Việt Nam là hành trình một nhóm nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Vi điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, đã tự thiết kế và chế tạo mạch vi điện tử MOS bằng công nghệ tiên tiến nhất thời bấy giờ, qua đó đặt những viên gạch đầu tiên cho nghiên cứu công nghệ bán dẫn trong nước và khẳng định người Việt có thể làm chủ vi mạch điện tử ở tầm thế giới.
Điều đáng nói không phải ở kích thước hay độ phức tạp của con chip, mà ở chỗ nó chứng minh một điều: trong bối cảnh đất nước còn bộn bề khó khăn, vẫn có những người âm thầm mở đường cho công nghệ bán dẫn. Từ năm 1977, Phòng thí nghiệm Vi điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội đã thiết kế và chế tạo được mạch vi điện tử MOS, mà ngày nay thường gọi là con chip, bằng công nghệ tiên tiến nhất thời bấy giờ. Đây không chỉ là một thành tích kỹ thuật; đó là tuyên ngôn rằng Bách khoa Hà Nội có thể bước vào sân chơi vi mạch điện tử toàn cầu.
Từ viện trợ Hà Lan đến phòng Vi điện tử trên tầng hai nhà C9
Nếu không có tầm nhìn chiến lược và những quyết định táo bạo, đã không có chip MOS Việt Nam đầu tiên. Những năm 1974–1975, chính phủ Hà Lan viện trợ cho nước ta một số phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu khoa học và giảng dạy đại học, thông qua một số trường đại học lớn của họ. Nhờ đó, Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Toán Lý, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, được Đại học Twente tài trợ xây dựng Phòng thí nghiệm Vi điện tử, với mục tiêu nghiên cứu và giảng dạy công nghệ chế tạo mạch vi điện tử trên cơ sở transistor hiệu ứng trường (MOSFET).
Nhưng viện trợ chỉ là điểm khởi đầu; phần còn lại là ý chí. Bộ môn phải cải tạo một số giảng đường ở đầu tầng hai nhà C9 thành Phòng thí nghiệm Vi điện tử, trong bối cảnh “Miền Nam nhận họ, miền Bắc nhận hàng”. Họ gửi cán bộ vào Nam mua gạch lát, mua điều hòa nhiệt độ cũ về lắp đặt phòng sạch thô sơ. Đây là chi tiết quan trọng: công nghệ bán dẫn không sinh ra trong những tòa nhà bóng loáng, mà trong những căn phòng cải tạo thủ công, nơi mỗi viên gạch đều là một lựa chọn chiến lược.
Hành trình sang Twente và bài học làm chủ vi mạch điện tử
Để có chip MOS Việt Nam, phải có người dám đi xa học hỏi rồi quay về truyền lửa. Năm 1975, anh Vũ Đình Cự và anh Nguyễn Xuân Chánh sang Đại học Twente làm việc với bạn về kế hoạch triển khai dự án. Sau đó, GS Oscar W. Memmerlink sang Hà Nội giảng bài ở Đại học Bách khoa, đặt nền móng chuyên môn cho Phòng Vi điện tử. Trong cuộc họp giao ban sau Tết năm 1976, anh Cự thông báo cho GS Phùng Hồ phải cấp tốc bổ túc tiếng Anh để sang Hà Lan tiếp thu thiết bị và công nghệ.
Chuyến đi ấy không chỉ là một khóa thực tập; đó là bài kiểm tra xem người Việt có thể tự thiết kế một mạch vi điện tử hoàn chỉnh hay không. Mỗi người được giao thiết kế, chế tạo một “mạch vi điện tử” rồi đo đạc, đánh giá các thông số kỹ thuật, và tiến hành nghiên cứu trên chính sản phẩm mình làm ra. GS Phùng Hồ được giao một linh kiện chứa hai cổng logic NAND, mỗi cổng có hai đầu vào, gồm tám transistor và bốn điốt bảo vệ, cùng một tụ điện MOS riêng để nghiên cứu phương pháp C–V chuẩn tĩnh. Đây là minh chứng sống động rằng đào tạo gắn với sản phẩm cụ thể là con đường nhanh nhất để làm chủ công nghệ bán dẫn.
Từ layout đến quy trình planar–epitaxy: nơi trí tưởng tượng gặp công nghệ
Điểm đáng nể của thế hệ GS Phùng Hồ là họ không chỉ học lý thuyết, mà đi hết chuỗi giá trị của một vi mạch điện tử: từ ý tưởng logic đến sản phẩm trên phiến silic. Công việc của ông bắt đầu từ việc tìm hiểu thêm về kỹ thuật số, vi điện tử số, rồi tính toán kích thước cực cửa (gate) của các transistor. Sau đó là thiết kế tô-pô toàn mạch – layout các linh kiện và các “đường nối” phải chôn ngầm – một khâu đòi hỏi tư duy không gian và trí tưởng tượng.
Trên cơ sở tô-pô đó, ông thiết kế các mặt nạ quang khắc (mask) để in cấu trúc vi mạch lên bề mặt phiến silic, phục vụ chế tạo transistor hiệu ứng trường. Mạch được chế tạo bằng công nghệ tiên tiến nhất thời bấy giờ, sử dụng silic đa tinh thể pha tạp mạnh làm cực cửa thay vì nhôm, với quy trình cần 5 mặt nạ quang khắc. Các khâu công nghệ planar–epitaxy, bao gồm ô-xi hóa, quang khắc, ăn mòn, khuếch tán tạp chất, bốc hơi nhôm làm đường dẫn, được thực hiện một cách nghiêm ngặt. Đây là minh chứng rằng Bách khoa Hà Nội không chỉ “biết” công nghệ bán dẫn, mà đã “làm” công nghệ bán dẫn đúng nghĩa.
Vai trò tiên phong của GS Phùng Hồ và ý nghĩa cho hôm nay
Trong bức ảnh Phòng Vi điện tử năm 1977, GS Phùng Hồ đứng cùng các đồng nghiệp như Nguyễn Văn Thực, Lưu Công Lộ, Chu Hảo… – một thế hệ đã đặt nền cho nghiên cứu vi mạch điện tử tại Bách khoa Hà Nội. Khi thành lập Viện Vật lý Kỹ thuật, Bộ môn Vật lý chất rắn được chia thành ba đơn vị, trong đó Bộ môn Vật lý Chất rắn do ông làm tổ trưởng. Điều này cho thấy vai trò hạt nhân của ông trong việc phát triển đội ngũ và định hình hướng đi cho công nghệ bán dẫn.
Có thể nói rằng lần đầu tiên một công dân của nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa, với sự hướng dẫn của GS Memmerlink và các cán bộ Phòng Vi điện tử Đại học Twente, đã thiết kế và chế tạo thành công một mạch vi điện tử MOS, mà ngày nay ta hay gọi là con chip. Câu chuyện này gửi một thông điệp rõ ràng cho hiện tại: nếu muốn đi xa trong công nghệ bán dẫn, chúng ta phải dám đầu tư cho phòng thí nghiệm, cho con người, và cho những dự án tưởng như “nhỏ bé” nhưng có sức bật lớn. Con chip MOS Việt Nam đầu tiên không chỉ là một sản phẩm kỹ thuật; đó là lời nhắc nhở rằng tương lai số của chúng ta bắt đầu từ những phòng thí nghiệm giản dị trên tầng hai nhà C9.
