A series of articles on “Microelectronics and Silicon Valley - Part 15
Russel và Sigurd Varian
Trần Trí Năng
(University of Minnesota & Ecosolar International)
|
Hai anh em ông Russel và Sigurd Varian đă phát minh ra ống Klystron (Klystron tube), một thành tựu khoa học rất đáng kể làm nền tảng cho việc khai phát nguyên tử từ cộng hưởng (nuclear magnetic resonance NMR) sau này. Linh kiện điện tử Klystron được chính thức giới thiệu với cộng đồng khoa học trong tạp chí Journal of Aplied Physics vào năm 1939 trong sự đ1on nhận nồng hậu của các giới khoa học và quân sự của Mỹ, Âu Châu và nhất là Anh. Ngay sau đó, người ta t́m cách dùng ống Klystron như nguồn sóng vi ba (microwave) trong hệ thống ra-đa. Kỹ nghệ sóng vi ba bắt nguồn từ đó với những áp dụng về hàng không, hệ thống vệ tinh truyền thông, máy gia tốc phân tử có năng lượng cao (high-energy particle accelerators) trong các ứng dụng về y khoa và vật ly nguyên tử. Ống Klystron dẫn đến sự thành công của Nuclear Magnetic Resonance NMR, một kỹ thuật cốt lơi trong việc khảo sát cấu trúc phân tử. Có ít nhất là năm giải Nobel liên quan đến NMR ở năm thời điểm khác nhau (1944, 1952, 1991, 2002 và 2003); trong khi đó ống Klystron đă khởi nguồn cho phát minh Cyclotron (Nobel Prize, 1939) dùng trong vật ly nguyên tử [1]. Đôi khi người viết tự hỏi tại sao anh em Varian không được giải thưởng Nobel nào cả?! Về phương diện kỹ thuật và kinh doanh, Varian Associates là một trong những hăng đầu tiên ở vùng Silicon Valley đă và đang góp phần không ít trong lănh vực vi mạch và y liệu điện tử. Một điều trùng họp ngẫu nhiên là hai anh em Varian mất sớm một cách bất ngờ ở cái tuổi 59: Russel chết v́ bị đau tim trong một chuyến đi leo núi ở Juneau, Alaska; trong khi đó Sigurd tử nạn khi phi cơ riêng của ông lao xuống biển Thái B́nh Dương trên đường từ Guadalajara đến Puerto Vallarta. Từ khóa: Klystron tube, Varian associates, Nuclear magnetic resonance, cyclotron, thin fil coating, electronic vacuum pump, ion implanter.
1. Câu chuyện bên lề ( Kiên Giang và một nhà thơ miền nam) Chúng tôi đến băi biển Mũi Nai- Kiên Giang vào một buổi chiều khi nắng bắt đầu tắt dần ở cuối chân trời. Vài sợi nắng vàng vọt c̣n sót lại đuổi nhau rơi trên mặt biển , để lại vài đóm sáng lân tinh theo sóng gợn. Con thuyền nhỏ lắc lư đàng xa. Cành thông già ngả bóng.. Xanh, đen, trắng, vàng, cam. Sáng rực một vùng. Mảnh đất nâu đen. Nắng gió gội mù sương. Bao chứng tích thăng trầm. Bao hủy hoại. Đất vẫn đứng đây. Sừng sững. Như thách thức thời gian. Như bao dung với tâm t́nh mở rộng. Đất thân thương. Thấm đượm hương t́nh. Về đây hôm nay. Ngồi xoài trên băi cát, nh́n đàn hải âu bay về tổ, tôi cảm nhận một cái ǵ rất thân thương của một vùng đất quê hương mà tôi chưa một lần đặt chân đến. Chim đến rồi đi. Như kiếp đời tôi đi đến. Vài giờ thăm viếng rồi lại trôi xa. Ḍng định mệnh như ḍng sông về biển. Biển bao dung. Biển rộn ràng triều mến. Theo đời tôi những năm tháng vui buồn. Biển nhẹ nhàng. Trong t́nh tự mến thương. Biển thỏ thẻ như lời ru của mẹ. Biển vẫn thế! Biển luôn luôn là thế! Dù ở đâu. Biển vẫn là biển của tôi. T́nh tự hôm nay. Một phút chốc mất rồi. Tôi vẫn giữ. Trong tâm hồn lưu lạc. Chúng tôi đuổi bắt đùa vui. Như ngày nào tuổi nhỏ. Chân đất trần khô. Rộn tiếng la ḥ. Băi cát mịn hoang sơ. V́ vắng khách lại qua. Con chó mực đen có vài nét “hơi già”. Đi quanh quẩn t́m bữa cơm chiều. Chắc đói?! Nhàm chán, hồi lâu. Thức ăn phải đợi. Chú chó cắn đuôi. Làm một chuyến xoay ṿng. Để đùa vui. Hay bụng đói quên ăn!? Đàn muỗi vo ve. Cũng bắt đầu tung cánh. Như “đàn bướm” đen. Vang âm điệu khô nhàm. [H́nh 1 ].
Hinh 1 : Băi biển Mũi Nai Nhắc đến Kiên Giang làm tôi nhớ lại nhà thơ Kiên Giang (1929-2014), người vùng Rạch Giá (nay thuộc tỉnh Kiên Giang). Một nhà thơ “Nam bộ” với những lời thơ mộc mạc, không chải chuốt. Đọc thơ Kiên Giang như nghe nhà thơ kể lại một câu chuyện b́nh dân. Không hào nhoáng. Không sắc màu rực rỡ. Ngoài tài làm thơ, Kiên Giang c̣n là một soạn giả cải lương dưới bút hiệu Hà Huy Hà (và một số bút hiệu khác nữa) với những vở tuồng nổi tiếng như “Áo cưới trước cổng chùa” và “Người vợ không bao giờ cưới”. Nhất là vở tuồng sau với Thanh Nga diễn vai chính th́ thật là tuyệt! Tôi c̣n nhớ lúc c̣n học trung học đệ nhất cấp, mỗi lần đoàn Thanh Minh- Thanh Nga đến Quy Nhơn, là tôi thường “được” đi xem màn “thả cửa’ miễn phí. Giờ vẫn c̣n nghe văng vẳng đâu đây mấy câu gần đoạn kết “… ngày mai đám cưới người ta; tại sao sơn nữ Phà Ca lại buồn?!...”. Nhưng có lẽ Kiên Giang được nhiều người “biết” qua bài thơ “Hoa trắng thôi cài trên áo tím” được nhạc sĩ Huỳnh Anh phổ nhạc. Đầu thập niên 1960, bài thơ này được phổ biến rộng răi hơn trong dân gian với những giọng ngâm nổi tiếng của Hoàng Oanh, Hồ Điệp, v.v. trên làn sóng điện trong chương tŕnh Tiếng Thơ Mây Tần do Kiên Giang phụ trách trên đài phát thanh Sài G̣n. Bài thơ này ảnh hưởng không ít đến thế hệ học sinh thời đó: các cậu “ngoại đạo” thường thích đi thơ thẩn trước nhà thờ “xóm đạo” vào sáng chủ nhật để t́m làm quen với người con gái có đạo nào đó; rồi về nhà mơ mộng làm thơ hay ngâm bài thơ của Kiên Giang. T́nh lắm! Tha thiết lắm! Bài thơ được viết vào năm 1957. Phần lớn câu chuyện ở đoạn sau có tinh cách “tưởng tượng”; những đoạn thơ cũng thay đội vài lần sau này tùy theo t́nh tự của tác giả lúc đó. Đây là tâm t́nh của một người học tṛ ngoại đạo Kiên Giang đối với một cô con gái có đạo với cái tên rất dân dă Nguyễn Thị Nhiều. Cô Nhiều có khuôn mặt rất xinh với mái tóc dài ôm xơa bờ vai. Chúng ta hăy nghe Kiên Giang thuật lại sau này: “Sáng chủ nhật nào tôi cũng “ŕnh” trước cổng nhà thờ để được “tháp tùng” nàng trên đường đi lễ về. “Yêu nhau” chỉ có… vậy: ngoài những cái liếc mắt và những nụ cười thẹn thùng, e ấp th́ hai người chẳng c̣n thứ ǵ để “trao đổi” nữa cả!” [2]. Nhưng ḷng yêu thương “thầm kín” đă “lẽo đẽo” theo họ suốt cuộc đời. Chúng ta hăy lắng nghe những đoạn thơ b́nh dị với âm điệu thật nhẹ nhàng: “…Mười
năm trước, em c̣n đi học Hay: “…Lâu
quá không về thăm xóm đạo Nhà thơ “thơ thẫn” trước cổng giáo đường chờ cô bạn xem lễ rồi theo về : “…Để
nghe khe khẽ lời em nguyện Sau đó Kiên Giang về quê đi kháng chiến chống Pháp. Gia đ́nh bắt ông lấy vợ. Mười năm sau, khi gặp lại nhau th́ cô Nhiều cũng đă có chồng. “…Sau
mười năm lẻ, anh thôi học Quá chua chát, ông xem “cuộc t́nh” như đă chết! Và ông thay đoạn cuối của bài thơ bằng cách cho người “con gái áo tím” trở lại giáo đường, nhưng trong chiếc quan tài có cài ṿng hoa trắng. Làm như thế ông có thể chôn kín mối t́nh bất diệt này trong ḷng!
“…Ba năm sau chiếc xe hoa cũ
Anh kết ṿng hoa màu trắng lạnh Sau đó một năm vào năm 1958, có người cho ông biết là sau khi nghe tin ông lập gia đ́nh, cô Nhiều có chờ ông một thời gian trước khi đi “lên xe hoa”, nên ông đổi y. Ông muốn “người yêu” sống hạnh phúc bên chồng con trong gia đ́nh mới, ông đổi một số câu và chọn người con trai trong bài thơ “nằm trong cổ quan tài” như muốn tiễn đưa mối t́nh học tṛ trong trắng ấy…[1]
“…Nhưng rồi
người bạn đồng trang lứa
Hoa trắng thôi cài trên áo
tím Và
“…Lạy Chúa! Con là người ngoại đạo 2. Hai anh em Sigurd và Russel Varian Anh em Varian là người Mỹ gốc Ái Nhĩ Lan. Cả hai lớn lên ở Palo Alto và Halcyon (gần San Luis Obispo, miền bắc của tiểu bang California). Người anh lớn Russel (1898-1959) có vẻ “hơi bất thường” nên nhiều người thân cận với ông ta thường cho rằng hoặc là ông “chậm hiểu” hay ông “ngu đần”. Mặc dù thế, Russel không để những “tiếng thị phi” chùn bước tiến của ông. Với sự cố gắng chuyên cần, Russel tốt nghiệp ở Đại học Stanford với cấp bằng BS và MS về vật ly. Người em Sigurd (1901-1961) th́ khác hẳn với người anh. Ông này hoạt bát , dễ có bạn, đam mê phát minh t́m ṭi cái mới và thích mạo hiểm. Nhưng có điều là Sigurd không thích trường học và không có đủ “kiên nhẫn” ngồi hàng giờ ở lớp học để tốt nghiệp lấy bằng. Sigurd có theo học trường California Polytechnic ở San Luis Obispo một thời gian; sau đó bỏ học. Ông thích “lục lọi, tháo ráp ” với xe, phi cơ và học lái phi cơ. Mặc dù khác nhau về tính t́nh và lối làm việc, Russel và Sigurd rất gần nhau và rất chú tâm theo đuổi ngành nghề và đam mê của riêng ḿnh. Russel làm việc với một nhân vật tiên phong về TV thời đó tên là Philo Farnsworth ở San Francisco; trong khi đó Sigurd chú tâm về những công việc liên quan đến máy bay, bắt đầu với những nghề phụ trợ, sau đó trở thành phi công của hăng Pan Am khi hăng này mở đường bay mới đến Mễ Tây Cơ và Nam Mỹ Châu.
H́nh 2 :
Russell Harrison Varian (April 24, 1898 –
July 28, 1959)
3. Phát minh ống Klystron Giữa thập niên 30’s, với sự bành trướng thế lực của Đức, như hàng triệu người Mỹ khác, Sigurd lo sợ Đức có thể lập căn cứ quân sự ở Trung Mỹ và từ đó có thể cho phi cơ bay ở độ thấp thả bom Mỹ. Để làm “một cái ǵ đó” cho đất nước trong giai đoạn này , Russel và Sigurd cả hai quyết định nghỉ việc và trở về lại quê nhà ở Halcyon. Với khả năng về ly thuyết và hiểu biết kỹ thuật của Russel cộng với khả năng và kinh nghiệm thực tiễn về cơ khí của Sigurd, hai anh em Varian nghiên cứu phương cách phát hiện tín hiệu dội lại từ phi cơ bay khoảng cách xa vài chục dặm. Kỹ thuật như thế cần phát sóng rađiô ngắn nhưng đủ mạnh để có thể “hội tụ” điểm tín hiệu trên vật đang bay.. Linh kiện điện tử này được biết với cái tên Klystron do anh em Varian phát minh. Tiến độ trong công việc nghiên cứu của hai anh em Varian tương đối chậm phần chính là v́ hai ông làm việc biệt lập với thế giới khoa học và kỹ thuật bên ngoài, và không có ai để trao đổi y kiến. Russell v́ thế đề nghị với Sigurd là cùng cộng tác với một người bạn trọ cùng pḥng lúc trước khi Russel c̣n học ở Stanford - Bill Hansen. Sigurd đồng y ngay. Lúc này Hansen là GS ở Stanford. Hansen giới thiệu anh em Varian với cộng đồng nghiên cứu ở Stanford. Năm 1936, David Webster, trưởng khoa điện và những cán bộ lănh đạo thấy được triễn vọng của cái linh kiện mới này, nên đă đồng y cung cấp cho anh em Varian một cái “deal” không mấy “rộng răi” cho lắm. Nhưng có c̣n hơn không! : Anh em Varian sẽ nhận một khoảng tiền 100 USD mỗi năm và một căn pḥng để làm việc. Bù vào đó, Stanford sẽ nhận một nửa tiền bản quyền (royalty) từ bằng sáng chế của hai anh em ông này [4-5]
H́nh 3: Sigurd (đứng phía trên ) và Russel Varian với ống Klystron [Silicon Valley Historical Association] Ống Klystron sau này được dùng trong việc phá hủy U boats của Đức trên biển Đại Tây Dương với xác xuất thành công 90%, góp phần vào sư thắng lợi của Quân đội đồng minh trong Thế Chiến thứ hai. Bộ máy này nhỏ và được dùng trong cuộc tấn công D Day. 4.Vài nét về hăng Varian
H́nh 4 : Ṭa nhà đầu tiên của hăng Varian Associates (From Santa Clara Valley Historical Association)
Hăng bắt đầu ở San Carlos; sau này đời về Stanford Industrial Park và là ṭa nhà đầu tiên ở đây (chi tiết về công viên kỹ nghệ này, xin tham khảo những bài viết trước của cùng tác giả trong ERCT)
H́nh 5: Palo Alto Microwave Tube Division của Varian
Associates được xây vào năm 1953
Dưới đây là những mốc điểm quan trọng liên quan đến hăng Varian Associates: 1937: Hai anh em Varian viết đề án và lănh được giải 100 USD/mỗi năm để mua vật liệu và cơ hội dùng pḥng nghiên cứu của Đại học Stanford. Mục đích của đề án này là tạo một ông điện tử có thể điều khiển tia điện tử (beam of electrons) . Ống này sau này được biết với cái tên ống Klystron (Klystron tube) do Russel và Sigurd Varian phát minh. Ống Klystron được chính thức giới thiệu với cộng đồng khoa học trong Journal of Aplied Physics vào năm 1939. Cộng đồng khoa học ở Âu Châu rất hoan nghênh phát triễn này. Nhất là ở Anh, người ta t́m cách dùng ống Klystron này như nguồn vi-ba (microwave) trong hệ thống radar. Lúc đó Mỹ đối diện với khả năng có thể bị lôi cuốn vào chiến tranh; nên cố gắng trau dồi những kỹ thuật liên quan đến tàu thuyền và phi cơ. Công nghệ vi ba bắt nguồn từ đó với những áp dụng như công tác tải thiện hệ thống di chuyển phi cơ thương mại cho được an toàn hơn , tạo cơ hội phát triễn hệ thống vệ tinh dùng trong truyền thông trên thế giới; những ứng dụng liên quan đến máy gia tốc phân tử có năng lượng cao (high-energy particle accelerators) dùng trong y khoa và vật ly nguyên tử. 1948: Russel và Sigurd thành lập hăng Varian Associates ở California. Hai người cho rằng kỹ thuật ống Klystron khá tốn kém để chế tạo; nhưng họ cũng nghĩ là những kỹ thuật khác manh nha từ phát minh này như cộng hưởng từ hạt nhân (nuclear magnetic resonance NMR) sẽ có triễn vọng tốt hơn. Thế nên, với 22 ngàn USD và không có một kế hoạch cụ thể nào, hai ông quyết định thành lập hăng cùng với một số đồng nghiệp cùng làm việc trong đề án phát triễn ống Klystron. Những người sáng lập ra hăng Varian gồm có anh em Varian, Fred Salisbury, Myrl Stearns, và Dorothy, vợ của Russel. Sau chiến tranh, với lợi điểm của một hăng nhỏ với chi phí cho mỗi đầu người tương đối thấp, Varian thắng được thầu để chế tạo R-1 klystron. Thành công của đề án này giúp Varian Associates nhận được nhiều tiền tài trơ và thải dụng được nhiều nhân viên giỏi. Trong ṿng 10 năm tiếp đó, Varian đă thành công trong việc khai phát được một loạt những đột phá lớn trong kỹ nghệ điện tử. Thành tích đáng kể của Varian là việc khai phát kỹ thuật nuclear induction , hay cộng hưởng từ hạt nhân (nuclear magnetic resonance hay gọi tắt là NMR). Russel Varian theo dơi sư phát triễn NMR ở Stanford và Harvard trong Thế Chiến Thứ Hai; nên sau đó thải dụng Martin Packard về giúp hăng triễn khai kỹ thuật này. ‘Trước khi có công nghệ NMR, phải mất nhiều tháng và có khi nhiều năm để xác định cấu trúc của một phân tử’, Packard cắt nghĩa” với NMR, tia hồng ngoại , khối phổ học (mass spectrometry) và những thiết bị khác, người ta có thể hiễu rơ cấu trúc phân tử trong vài giờ; và lănh vực hóa học v́ thế phát triễn rất nhanh”. Varian và Packard làm thủ tục xin bằng sáng chế liên quan đến NMR vào năm 1948. 1953: Với những thành quả của hăng về kỹ thuật ống klystron và NMR, Varian triễn khai kỹ thuật Klystron vào những ứng dụng mới như điện thoại, ra-điô, ti-vi, phát thanh , ra-đa , vệ tinh, và những công nghệ liên quan đến truyền thông. Đồng thời , Varian dùng kỹ thuật NMR trong những ứng dụng liên quan đến hóa học, vật ly, sinh học, y khoa và nhiều lănh vực khác nữa. Sư thành công này dẫn đến việc thành lập một phân bộ mới có tên là Phân Bộ Ống Vi-ba tại Palo Alto (Palo Alto Microwave Tube Division). Phân bộ này tọa lạc tại ṭa nhà số 1 của Stanford Industrial Park, mở đầu việc thành lập Silicon Valley sau này [H́nh 5]. 1950: Một đột phá quan trọng nữa của Varian là máy gia tốc tuyến tính y học (medical linear accelerator) dùng trong việc tạo tia quang tuyến X, hạt điện tử và phân tử có năng lương cao (high energy particles) . Thiết bị này do Bill Hansen và Ed Ginzton khai phát. Cả hai đều cùng làm việc trong kế hoạch Klyston của hăng .Mục đích của Varian là biến bộ máy gia tốc tuyến tính cồng kềnh (hay Linac) của hăng lúc bấy giờ thành một bộ máy nhỏ, thu gọn hơn để bác sĩ có thể đo chính xác độ quang tuyền xuyên vào cơ thể bệnh nhân. Bộ máy này được dùng trong việc trị liệu bằng quang tuyến X (radiotherapy). Một thành công nữa của Varian là máy bơm chân không điện tử (electronic vacuum pump). Cho đến giữa thập niên 50’s, bức tường rào cản chính nhất trong việc chế tạo đèn chân không là chất ô nhiễm dính bên trong của đèn, đưa đến hậu quả là độ thọ mênh của đèn trở nên ngắn . Một phần của vấn đề là những mảnh vụn (debris) từ máy bơm phát tán (diffusion pumps) dùng trong việc chế tạo đèn chân không. Varian bắt đầu khai phát sputter-ion pump dùng hiện tượng phóng điện qua chất khí “gas discharge sputtering”. Kết quả là bơm chân không điện tử ra đời. Bơm này có thể xách tay và không cần làm lạnh bằng nước. 1959: Hăng thành lập Phân Bộ Máy Bơm Chân Không Điện Tử (Electronic Vacuum Pumps Division) sau khi tung ra thị trường sản phẩm VacIon Pump vào năm 1958. Varian bán những máy bơm đầu tiên cho RCA, the Atomic Commission và NASA. Phân bộ này gặt hái được nhiều thành công trong thập niên 60s, sau khi VacIon Pump manh nha ra nhiều mô h́nh mới dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau.; nhất là kỹ nghệ vi mạch sau này. Varian dần dần đi vào lănh vực liên quan đến cấy i-ôn (ion implantation) và màng mỏng (thin film coating); hai công nghệ quan trọng trong việc chế tạo vi mạch. 1975: Varian tham gia vào thị trường máy cấy i –ôn (ion implanter) sau khi mua lại hăng Extrion . Sự sáp nhập này mở đầu một loạt những chương tŕnh R&D nhằm cung cấp cho thị trường vi mạch những bộ máy cấy i-ôn có ḍng điện khác nhau (thấp, trung và cao) với chức năng ưu việt. Sau này Varian trải qua nhiều thay đổi để thích hợp với hoàn cảnh mới và với sự cạnh tranh mới. Vào năm 1999, Varian cải tổ lại thành ba cơ sở kinh doanh chính với những sản phẩm khác nhau :: Varian Medical Systems, Inc., Varian Semiconductor Associates Inc., và Varian, Inc. Varian Inc. chuyên về các thiết bị khoa hoc, dụng cụ dùng trong việc chế tạo màng mỏng. Cũng trong năm này, Varian Semiconductor Equipment Associates (VSEA) cũng được thành lập. Hăng này thiết kế, chế tạo và cung cấp dịch vụ những máy móc liên quan đến kỹ nghệ vi mạch và một thành viên kỹ nghệ quan trọng ở vùng Silicon Valley [6] 5. Lời kết Giống như Hewlett & Packard, anh em Varian đă thiết lập một trong những cơ sở đầu tiên của hăng ở Stanford Industrial Park. Cũng giống như Hewlett & Packard , anh em Varian , ngay từ đầu, đă có những liên hệ làm việc mật thiết với Đại học Stanford và đóng vai tṛ tiên phong trong việc thành h́nh Silicon Valley sau này. Nhưng khác với Hewlett & Packard, anh em Varian có tính t́nh khác nhau đôi khi đối lập: Russel Varian thích học (Russel) , trong khi đó Sigurd th́ “ham chơi” và thích “t́m ṭi”. Khác với Hewlett & Packard với bộ giao động là sản phẩm đầu tiên , ống Klystron của anh em Varian là một phát minh lớn trong cộng đồng khoa học và kỹ thuật thế giới và vẫn c̣n thịnh hành trong nhiều ứng dụng cho đến ngày hôm nay . Một điểm khác biệt nữa là Hewlett Packard thành công về phương diện kinh doanh với những triết ly và phương pháp quản ly rơ rệt; trong khi đó, Varian Associates không mấy thành công về phương diện này; có lẽ- theo y kiến của một sô chuyên gia- một phần lớn là do những người lănh đạo của Varian Associates đến từ giới hàn lâm nên cái nh́n của họ ít thực tế hơn. Nhưng nếu nh́n một cách rộng răi hơn, cà Hewlett , Packard và anh em Varian đă thành công v́ đă “dám” theo đuổi những ǵ ḿnh thích với tinh thần “khai phá” của những người đến California trong phong trào “Gold Rush”.
6. Tài liệu tham khảo [1]
[2] http://namkyluctinh.org/a-tgtpham/nvkhanh/nvkhanh-kiengiang%5Bnew%5D.htm [3] Wikipedia [4] http://www.fundinguniverse.com/company-histories/varian-inc-history/ [6] 'Russell and Sigurd Varian - The Inventor and The Pilot', by Dorothy Varian. Palo Alto, 1983, p.258.
|
