“นาโนวิทยาการความก้าวหน้าอิเล็กทรอนิกส์” ที่วิศวฯ จุฬาฯ

500403
“นาโนวิทยาการความก้าวหน้าอิเล็กทรอนิกส์” ที่วิศวฯ จุฬาฯ
โดย ศ.ดร.สมศักดิ์ ปัญญาแก้ว ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ
อิเล็กทรอนิกส์ เป็นศาสตร์ทางวิศวกรรมไฟฟ้าที่ควบคุมการทำงานของอิเล็กตรอนในอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด ชิ้นส่วนที่เป็นพื้นฐานทางอิเล็กทรอนิกส์ได้แก่ ทรานซิสเตอร์ ซึ่งมีขนาดเล็กมากแต่จะทำงาน ในรูปแบบของวงจรรวมหรือที่ เรียกกันว่า ชิปไอซี ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ทำงานร่วมกัน เป็นจำนวนมาก บางครั้งเป็นล้านๆ ตัว เช่นในกรณีของชิ้นส่วนในเครื่องคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์เครื่องมือที่ใช้ควบคุมเครื่องจักรกลในโรงงาน แม้แต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน เช่น เครื่องซักผ้า โทรทัศน์วิทยุ เครื่องใช้ไฟฟ้าในสำนักงาน ได้แก่ เครื่องถ่ายเอกสาร เครื่องพิมพ์ เครื่องโทรสาร ฯลฯ
ทรานซิสเตอร์เป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กจิ๋วในระดับไมโครเมตร หรือ ๑ ในพันส่วนของมิลลิเมตร ซึ่งสร้างขึ้นโดยเทคนิคการย่อส่วน โดยย่อส่วนให้เล็กลงไปเรื่อยๆ ทำให้คอมพิวเตอร์ยุคใหม่มีขนาดเล็กลง แต่มีสมรรถนะสูงขึ้น และราคาถูกลง จนกลายเป็นอุปกรณ์ใช้งานในสังคมยุคใหม่อย่างกว้างขวาง ผลกระทบเชิงสังคมที่เกิด จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดจิ๋วที่เห็นได้ชัด ได้แก่ โทรศัพท์มือถือ กล้องถ่ายรูปดิจิตัล ที่กลายเป็นของใช้งานของคนทุกระดับ ทุกวัยในปัจจุบัน
วิศวกรที่ทำงานด้านอิเล็กทรอนิกส์ พยายามคิดค้นเทคโนโลยี ใหม่ๆ เพื่อย่อส่วนให้ มีขนาดเล็กจนถึงระดับนาโนเมตรหรือ ๑ ในล้านส่วนของมิลลิเมตร จึงเกิดศาสตร์ ใหม่ที่เรียกว่า นาโนอิเล็กทรอนิกส์ขึ้น ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ที่มีขนาดจิ๋วมากนี้เป็นระดับของขนาดอะตอมหรือโมเลกุลทรานซิสเตอร์ในระดับนาโนเมตรจึง สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้เป็นตัวๆ ทรานซิสเตอร์ จึงกินกระแสไฟฟ้าน้อยมาก และทำงานได้เร็ว ซึ่งเป็นที่ต้องการมากในทางวิศวกรรมศาสตร์ โดยเฉพาะในยุคน้ำมันแพง และในยุคที่ข้อมูลข่าวสารมีจำนวนมาก
คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย นำโดย ศ.ดร.สมศักดิ์ ปัญญาแก้ว และคณะ ได้มีการศึกษาวิจัยงานด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์มากว่า ๑๓ ปีแล้ว โดยติดตั้งเครื่องมือปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำด้วยลำโมเลกุลในสภาพสูญญากาศที่ดีเยี่ยม เมื่อปี ๒๕๓๖ เพื่อสร้างโครงสร้างควอนตัมดอทที่มีขนาดนาโนเมตร และนำมาประยุกต์ใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายชนิดได้แก่ เลเซอร์ไดโอดตัวตรวจจับสัญญาณแสง เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง และทรานซิสเตอร์อิเล็กตรอนเดี่ยว ซึ่งจะเป็นการบุกเบิกวิทยาการใหม่ๆสำหรับอนาคต ผลงานวิจัยดังกล่าวได้รับการสนับสนุนเงินทุนวิจัยจากสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) ศูนย์ นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติและจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ล่าสุดเพิ่งได้รับการสนับสนุนด้านทุนวิจัยจากศูนย์วิจัยด้านอวกาศของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา
เทคโนโลยี การปลูกโครงสร้างควอนตัมดอทนี้เป็นแนวคิดใหม่ที่ไม่ได้อาศัยการย่อส่วน แต่เป็นการก่อตัวเองโดยธรรมชาติ เช่นเดียวกับเซลล์ของสิ่งมีชิวิต จึงเป็นโครงสร้างที่ ไม่มีจุดบกพร่อง มีคุณสมบัติดีเยี่ยมทั้งทางไฟฟ้าและทางแสง เหมาะที่จะเป็นชิ้นส่วนพื้นฐานทางนาโนอิเล็กทรอนิกส์ และนาโนโฟโตนิกส์ต่อไป.