Năm 1962, GS Đàm Trung Đồn (khi đó là giảng viên trẻ dạy vật lý tại Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội), đã chế tạo thành công transistor germanium có khả năng khuếch đại tín hiệu điện, mở đầu cho hành trình nghiên cứu bán dẫn của người sau này được mệnh danh là "cha đẻ ngành vật lý bán dẫn Việt Nam".
Ông tình cờ biết đến thiết bị này từ một lần sửa chiếc radio yêu thích của mình. Trong lúc mò mẫm, tháo từng bộ phận, GS Nguyễn Hoán, khi đó là người đứng đầu Bộ môn Hóa học của trường đi ngang qua và hỏi: "Sao anh không dùng semiconductor (chất bán dẫn)?". Đây là lần đầu tiên ông nghe đến khái niệm bán dẫn.
Ở tuổi 92, GS Đàm Trung Đồn vẫn khỏe mạnh, minh mẫn nhưng ông phải dùng thiết bị trợ thính để trao đổi với phóng viên (Ảnh: Thanh Bình).
Là một nhà khoa học trẻ, mong muốn tìm hiểu những thứ mới, ông chạy đến hiệu sách và lục tìm mọi tài liệu có từ khóa bán dẫn và tìm thấy một cuốn sách có tên "Transistor thật là đơn giản". Càng đọc ông càng tò mò về thứ linh kiện mà mình mới lần đầu biết đến. Muốn nhìn thấy transistor thực sự trông như thế nào và hoạt động ra sao, ông dành vài tháng lương, nhờ một người bạn đang học ở Liên Xô (cũ) mua giúp vài transistor gửi về Việt Nam để tự tìm hiểu.
Transistor (bóng bán dẫn) đầu tiên được ra đời tại Mỹ năm 1947, thiết bị này đã làm thay đổi ngành điện tử nhờ khả năng khuếch đại và điều khiển tín hiệu điện trong một linh kiện nhỏ gọn. Từ những transistor đầu tiên, công nghệ này dần phát triển thành nền tảng của các mạch điện tử và chip được sử dụng rộng rãi trong thiết bị dân dụng, máy tính và nhiều hệ thống kỹ thuật khác.Khoảnh khắc chiếc transistor “lên tiếng”
Trong điều kiện phòng thí nghiệm còn thiếu thốn đủ điều, tài liệu khan hiếm và không có người đi trước chuyên sâu về bán dẫn chỉ đường, GS Đàm Trung Đồn phải tự đi từ những bước đầu tiên, bắt tay tìm hiểu và làm những thí nghiệm cơ bản nhất về bóng bán dẫn.
Dần phát triển, ông đi sâu vào một vấn đề cụ thể, nghiên cứu về "Hoạt động của transistor trong điều kiện nhiệt đới". Tuy nhiên, linh kiện bán dẫn nằm trong một hộp kín thì làm thế nào nghiên cứu được tác động của nhiệt độ, độ ẩm lên nó? Câu hỏi của một người bạn đưa ông đến một giải pháp cực kỳ khó lúc bấy giờ: muốn chủ động nghiên cứu, trước hết phải tự làm ra linh kiện bán dẫn.
Transistor nhìn trên sơ đồ mạch điện có thể chỉ là một linh kiện nhỏ. Nhưng để tạo ra được linh kiện này, các nhà nghiên cứu phải giải quyết đồng thời hàng loạt vấn đề về vật liệu, cấu trúc và tiếp xúc điện, sau đó đo được đặc tính của nó.
Căn nhà của GS Đàm Trung Đồn trên phố Nguyên Hồng giản dị, đơn sơ. Trên tường, ông treo chân dung Albert Einstein và bức tranh La Classe (The Class) của họa sĩ Mai Trung Thứ (Ảnh: Thanh Bình).
So với các phòng thí nghiệm hiện đại trên thế giới, đây vốn là một quy trình phức tạp. Nhưng trong điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam đầu những năm 1960 khi trang thiết bị và tài liệu còn hạn chế, việc thực hiện càng đặt ra nhiều thách thức lớn hơn.
Sau nhiều năm tự học lý thuyết, làm thí nghiệm và chế tạo thiết bị đo song song với việc giảng dạy trên trường, năm 1962, GS Đàm Trung Đồn đã chế tạo được transistor germanium đầu tiên trong phòng thí nghiệm của Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội.
Nghiên cứu của nhóm do GS Đàm Trung Đồn đứng đầu không chỉ dừng ở transistor mà dần mở rộng sang các tính chất điện, quang của chất bán dẫn cùng nhiều vấn đề vật lý chất rắn khác.
Mảnh giấy của GS Tạ Quang Bửu
Nghiên cứu của GS Đàm Trung Đồn xuất hiện vào thời điểm transistor còn là một công nghệ tương đối mới và việc nghiên cứu, chế tạo linh kiện bán dẫn trong nước gần như chưa có tiền lệ. Trong điều kiện đó, câu hỏi về khả năng hoạt động của transistor dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm vô cùng thực tế trong việc sử dụng các thiết bị điện tử.
Báo cáo khoa học đầu tay của ông về hoạt động của mạch bán dẫn trong điều kiện nhiệt đới đã thu hút sự chú ý đặc biệt của GS Tạ Quang Bửu, khi đó là Phó Chủ nhiệm kiêm Tổng Thư ký Ủy ban Khoa học Nhà nước.
Đại tướng Võ Nguyên Giáp hỏi chuyện GS Đàm Trung Đồn (thứ ba, từ phải sang) nhân dịp Đại tướng đến thăm Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, năm 1973 (Ảnh: Thanh Bình).
GS Tạ Quang Bửu đã gửi cho ông một mảnh giấy với lời nhắn: "Vấn đề này rất quan trọng cho quốc phòng, đề nghị anh tiếp tục nghiên cứu", đồng thời yêu cầu ông giữ bí mật.
Khi transistor xuất hiện vào cuối thập niên 1940, linh kiện này nhanh chóng được quan tâm trong lĩnh vực quốc phòng nhờ kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và mức tiêu thụ điện năng thấp, phù hợp với yêu cầu thu nhỏ thiết bị điện tử quân sự. Các tài liệu lịch sử của Quân đội Mỹ cho thấy, transistor sớm được nghiên cứu và đưa vào nhiều hệ thống như radar, thông tin liên lạc, thiết bị trên máy bay, hệ thống điều khiển và xử lý dữ liệu...
Cụ thể, sau Thế chiến II, quân đội Mỹ nhận thấy thiết bị điện tử của họ gặp nhiều vấn đề khi hoạt động trong môi trường nóng, ẩm, từ nấm mốc, độ ẩm đến ăn mòn. Các thiết bị cũng phải chịu va đập, rung động và những thay đổi về nhiệt độ, thời tiết. Vì vậy, thu nhỏ thiết bị và nâng cao khả năng hoạt động trong điều kiện thực tế trở thành những yêu cầu quan trọng trong quá trình phát triển điện tử quân sự.
Đối với transistor germanium, nhiệt độ là một giới hạn đáng chú ý. Khi nhiệt độ tăng, dòng rò của transistor germanium tăng mạnh, loại transistor này có thể ngừng hoạt động. Những hạn chế đó gây khó khăn cho các ứng dụng đòi hỏi thiết bị phải hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt, trong đó có các ứng dụng quân sự.
Chính những hạn chế về đặc tính nhiệt của germanium là một trong những yếu tố thúc đẩy quá trình phát triển transistor silicon và các transistor thế hệ cao hơn. Silicon có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao hơn và dần trở thành vật liệu quan trọng trong các transistor được sử dụng cho những ứng dụng có yêu cầu cao về điều kiện vận hành.
Một đời gắn bó với vật lý bán dẫn
GS Đàm Trung Đồn sinh năm 1934, là người con thứ 19 trong gia đình có 20 người con. Tuổi thơ của ông gắn với những năm tháng đất nước biến động, khi gia đình phải tản cư qua nhiều địa phương, nhiều người anh của ông sau đó tham gia kháng chiến.
GS Đàm Trung Đồn (đứng) thời trẻ cùng các cán bộ Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (Ảnh: Thanh Bình).
Sau khi cha mất, ông được các anh lớn kèm cặp việc học. Chỉ trong hơn hai năm, ông hoàn thành chương trình trung học. Năm 1950, ông theo mẹ lên Hà Nội tiếp tục học tập và sau đó trở thành thủ khoa kỳ thi học sinh giỏi Vật lý các trường trong vùng tạm chiếm.
Ông theo học khóa đầu của Trường Đại học Sư phạm Khoa học và tốt nghiệp năm 1956, sau đó được phân công giảng dạy Vật lý tại Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, nơi gắn với phần lớn sự nghiệp giảng dạy và nghiên cứu của ông. Lĩnh vực bán dẫn khi ấy còn rất mới ở Việt Nam, gần như không có người đi trước để ông học hỏi trực tiếp.
Ông đã chủ trì nhiều đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, trong đó có các nghiên cứu về bán dẫn, các công trình do ông chủ trì có định hướng ứng dụng rõ ràng, được đưa vào sản xuất và phục vụ đời sống.
Cha đẻ ngành vật lý bán dẫn Việt Nam mong thế hệ trẻ không ngừng học hỏi (Ảnh: Thanh Bình).
Trong những ngày đầu thành lập Khoa Vật lý và Bộ môn Vật lý chất rắn, ông đảm nhiệm giảng dạy hầu hết các môn thuộc lĩnh vực Vật lý đại cương, Vật lý lý thuyết, Vật lý chất rắn và Vật lý kỹ thuật. Nhiều bài giảng do ông biên soạn sau đó được chỉnh lý thành tài liệu giảng dạy chính thức của Khoa, như giáo trình Vật lý phân tử và nhiệt học, tài liệu Thực tập chuyên đề về Vật lý chất rắn.
GS Đàm Trung Đồn còn từng là Ủy viên Hội đồng Nhân dân khóa IX của thành phố Hà Nội, phụ trách lĩnh vực khoa học - kỹ thuật, đồng thời có đóng góp vào việc xây dựng chủ trương phát triển công nghiệp điện tử của thành phố.
Trong thời gian giữ cương vị Phó Chủ nhiệm Chương trình Điện tử Nhà nước (1985-1995), ông chia sẻ kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển với các thành viên, góp phần triển khai các đề tài thuộc chương trình. Với chuyên môn và kinh nghiệm trong nghiên cứu, ông được Bộ Khoa học và Công nghệ mời làm Chủ tịch các hội đồng cấp Nhà nước, tham gia xét duyệt nội dung và nghiệm thu các đề tài thuộc những chương trình nghiên cứu trọng điểm quốc gia.
Ở tuổi 92, GS Đàm Trung Đồn - người được biết đến với những đóng góp quan trọng cho ngành bán dẫn Việt Nam vẫn giữ phong thái điềm đạm, trao đổi rõ ràng với phóng viên và nhớ nhiều chi tiết về những dấu mốc trong cuộc đời nghiên cứu, giảng dạy.