ทุกวันนี้ใครๆ ก็มีโทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ ฯลฯ แต่คนส่วนใหญ่ไม่เคยคิดจะแกะภายในออกดูว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ทำงานอย่างไร และถ้าเขาแกะดู ก็จะเห็นสิ่งที่เรียกว่า ชิป (chip) ขนาดเล็กสีดำรูปร่างต่างๆ มากมาย เป็นองค์ประกอบของวงจรเบ็ดเสร็จ (Integrated Circuit) หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า IC ที่อยู่ภายใน และอุปกรณ์นี้เองที่ทำให้คนทั้งโลกทำงานได้อย่างสะดวกสบายและรวดเร็ว
ในอดีตเมื่อ 60 ปีก่อน อันเป็นเวลาที่ Jack Clair Kilby กำลังศึกษาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัย Illinois คอมพิวเตอร์สมัยนั้นมีขนาดใหญ่เท่าห้อง และต้องใช้คนควบคุมการทำงานของเครื่องนับสิบ หรือร้อยคน ครั้นเมื่อ William Shockley, Walter Braittain และ John Bardeen ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ขึ้นในปี 2499 ที่ Bell Laboratory ในสหรัฐอเมริกา สิ่งประดิษฐ์นี้ก็ได้ทำให้หลอดสุญญากาศที่ใช้มากในคอมพิวเตอร์ลดบทบาทลง และคอมพิวเตอร์มีความเร็วสูงขึ้น Kilby ซึ่งกำลังเรียนวิชาฟิสิกส์ของหลอดสุญญากาศขณะนั้นไม่ตระหนักแม้แต่น้อยว่า ในอีกไม่นานเขาจะเป็นผู้ที่ทำให้หลอดสุญญากาศสูญพันธุ์
ในโลกวิทยาศาสตร์ หลอดสุญญากาศเป็นหลอดแก้วปิดที่ภายในไม่มีอากาศเลย และที่ปลายทั้งสองข้างของหลอดมีขั้วโลหะที่สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์ไฟฟ้าหรือเครื่องขยายสัญญาณได้ ดังนั้น จึงถูกนำมาใช้เป็นองค์ประกอบในอุปกรณ์ทำงานของโทรทัศน์ และวิทยุกันทั่วไป Kilby ได้เล่าว่า แรงดลใจที่ทำให้เขาสนใจอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นในขณะที่เขากำลังเรียนระดับมัธยมศึกษาที่โรงเรียน Great Bend ในรัฐ Kansas และอยู่มาวันหนึ่งได้เกิดพายุหิมะพัดจัด จนเสาไฟล้ม และการโทรศัพท์ติดต่อเป็นไปไม่ได้เลย
บิดาของ Kilby ซึ่งเป็นหัวหน้าของบริษัทไฟฟ้าเล็กๆ ในเมือง จำเป็นต้องหาวิธีติดต่อกับลูกค้าที่ถูกตัดขาดจากโลกภายนอก เขาจึงใช้วิทยุสมัครเล่นในการสื่อสาร เด็กชาย Kilby ไม่เคยรู้และไม่เคยเห็นมาก่อนว่าวิทยาการอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำคนที่อยู่ไกลกันมากให้พูดกันได้ และผลการติดต่อนี้ทำให้คนที่กำลังประสบความยากลำบาก มีความหวัง และกำลังใจในการต่อสู้กับความทุกข์ต่อไป Kilby จึงตัดสินใจเรียนวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทันที และผลที่เกิดจากการตัดสินใจนั้น คือ ในปี 2543 สถาบัน Royal Swedish Academy of Science ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ครึ่งหนึ่งแก่ Kilby จากการประดิษฐ์ IC และอีกครึ่งหนึ่งแก่ Zhores Alferov จากรัสเซีย กับ Herbert Kroemer แห่งสหรัฐอเมริกา จากผลงานการประดิษฐ์ heterostructure ที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง
Jack Kilby เกิดเมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2466 ที่เมือง Jefferson City ในรัฐ Missouri สหรัฐฯ เมื่อสำเร็จการศึกษาระดับมัธยมที่ Great Bend High School แล้วได้ตัดสินใจเรียนวิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งใครๆ ในสมัยนั้นที่ต้องการเป็นวิศวกรและให้สังคมยอมรับจะต้องจบจาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) Kilby จึงนั่งรถไฟไป Cambridge ในรัฐ Massachusetts เพื่อสอบเข้า MIT ผลปรากฏว่า สอบเข้าไม่ได้ เพราะสอบได้ 497 คะแนน ในขณะที่เกณฑ์ผ่าน คือ 500 คะแนน
เมื่อสอบเข้าไม่ได้ Kilby จึงต้องเดินทางกลับบ้าน อีกสองเดือนต่อมาก็เกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 Kilby ได้สมัครเข้ารับใช้ชาติเป็นทหารในตำแหน่งนายสิบโทผู้มีหน้าที่ซ่อมวิทยุ และถูกส่งไปประจำการที่ไร่ชาในอัสสัมของอินเดีย เมื่อสงครามสงบ Kilby ได้ไปเรียนต่อวิชาวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัย Illinois และต้องเรียนวิชาฟิสิกส์ควอนตัม (quantum) เพื่อจะได้เข้าใจการทำงานของทรานซิสเตอร์ เมื่อเรียนจบก็ได้งานทำที่บริษัท Centrallab เพราะบริษัทนี้เป็นองค์กรเดียวที่รับเขาเข้าทำงาน หลังจากใช้เวลา 3 ปีที่นั่น Kilby ได้ลาออกเพื่อไปทำงานที่บริษัท Texas Instruments ที่โด่งดังมาก ทางบริษัทได้จัดให้ Kilby วิจัยหาทางวิธีแก้ปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อมโยงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เพราะบริษัทกำลังสนใจวิธีออกแบบวงจรให้คอมพิวเตอร์มีความเร็วสูง
งานในการออกแบบวงจรก็เหมือนๆ กับการเขียนหนังสือ คือ ผู้เขียนต้องการคำมากมาย เช่น คำนาม คำกริยา คำคุณศัพท์ แล้วนำมาเรียบเรียงเป็นประโยค เป็นเรื่องราว ในวงจรก็เช่นกัน วิศวกรมีตัวต้านทาน ไดโอด (diode) ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ ซึ่งจะต้องเลือกเพื่อนำมาต่อกันเป็นวงจรที่ทำงานได้ และองค์ประกอบเหล่านี้ต้องมีลวดโยงกัน ดังนั้น ถ้าการเชื่อมต่อบกพร่อง วงจรก็ทำงานไม่ได้ และในความเป็นจริง เพราะวงจรมีขนาดใหญ่ที่ต้องใช้ลวดยาวเป็นกิโลเมตร และช่างต้องบัดกรี ณ ที่ล้านๆ ตำแหน่ง ดังนั้น จึงเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ที่วงจรจะสมบูรณ์ 100%
วิศวกรทั่วโลกจึงพยายามหาทางออก เพื่อแก้ไขปัญหานี้ Kilby ซึ่งเป็นวิศวกรมือใหม่ และแทบไม่รู้อะไรเลยว่า อะไรเป็นไปได้ และอะไรเป็นไปไม่ได้ เมื่อเขาเห็นว่าลวดที่ใช้ต่อในวงจรคือปัญหา ดังนั้นเขาจึงคิดว่าถ้ากำจัดลวดออกไป ปัญหาก็จะหมดไปในทันที และเขาคิดต่อว่า เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นได้ ถ้าองค์ประกอบทุกส่วนของวงจรทำด้วยวัสดุชนิดเดียวกัน คือ ซิลิกอน (silicon) ที่ในขณะนั้นไม่มีใครเคยคิดใช้ซิลิกอนทำตัวต้านทานเลย
วันหนึ่งในขณะที่เพื่อนไปพักผ่อนฤดูร้อน แต่ Kilby ไปไม่ได้ เพราะเขาเป็นลูกจ้างใหม่ เขาครุ่นคิดและได้ความคิดใหม่ว่าจะออกแบบให้องค์ประกอบทุกส่วนของวงจรไฟฟ้า เช่น ตัวจุ ไดโอดและทรานซิสเตอร์ต่างๆ ทำด้วยซิลิกอน โดยการนำแผ่นซิลิกอนมา แล้วแกะสลักชิ้นส่วนต่าง ๆ ลงบนแผ่นซิลิกอนนั้น ซึ่งส่วนต่างๆ จะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทาน ตัวจุ ตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ โดยทุกอย่างอยู่บนวัสดุชิ้นเดียวกัน วงจรจึงไม่ต้องใช้ลวดอีกต่อไป การบัดกรีรอยต่อก็ไม่มี และองค์ประกอบจำนวนมากของวงจรก็สามารถลดขนาดให้สามารถบรรจุลงในพื้นที่ขนาดเล็กได้
วันที่ 21 กรกฎาคม พ.ศ. 2501 เป็นวันที่ Kilby ได้ความคิดนี้ งานชิ้นต่อไปคือ Kilby ต้องออกแบบต้นแบบของวงจร phase – shift oscillator เพื่อเปลี่ยนไฟกระแสตรงเป็นกระแสสลับ เขาจึงขออนุญาตผู้บังคับบัญชาเพื่อสาธิตการทดลอง ในวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2501 ในวันนั้น ผู้บริหารระดับสูงของ Texas Instruments ทุกคนมาที่ห้องทดลองของ Kilby เพื่อดูการทดลอง และเมื่อ Kilby สับสวิตช์ ทันใดนั้นเขาก็เห็นเส้นแสงเคลื่อนที่ไปเป็นรูปคลื่นผ่านจอของ oscillator นั่นแสดงว่า microchip ของเขาทำงานได้ผล และยุคใหม่ของอิเล็กทรอนิกส์ได้เริ่มต้น
อีก 6 เดือนต่อมา Robert Noyce ซึ่งทำงานอยู่ที่ Silicon Valley ก็ได้ความคิดนี้เช่นกัน ซึ่งวิธีของ Noyce สามารถทำได้ง่ายกว่าวิธีของ Kilby แต่ Noyce โชคไม่ดีที่เสียชีวิตในปี 2533 ก่อนที่รางวัล Nobel จะประกาศให้แก่ผลงานนี้ในปี 2543 เหตุการณ์ทำให้ Kilby เสียใจไม่น้อยที่ Noyce ไม่ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกับเขา
อีก 8 ปีต่อมาหลังจากที่ Kilby พิสูจน์ได้ว่า วงจร IC ที่เขาออกแบบทำงานได้จริง Kilby ก็ใช้วงจร IC นี้ทำอุปกรณ์คิดเลขชนิดพกพา และพยายามทำ chip ให้มีขนาดเล็กลงๆ เพื่อประสิทธิภาพของวงจรจะได้เพิ่มขึ้น
ในด้านชีวิตส่วนตัว Kilby เป็นคนพูดสำเนียง Kansas ด้วยเสียงค่อนข้างเบา เขาเป็นคนสมถะที่ไม่คิดสร้างฐานะ เป็นวิศวกรที่ชอบแก้ปัญหา จนได้จดสิทธิบัตรร่วม 60 ชิ้น ถึงแม้จะเป็นวิศวกรที่ไม่ได้จบจาก MIT แต่เข้าก็ไม่รู้สึกเป็นปมด้อย เพราะในปี 2543 ที่เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ คณะกรรมการรางวัลมิได้พิจารณาความด้อยด้านการเรียนหนังสือของเขา แต่คณะกรรมการให้ความสำคัญกับวงจร IC ที่ Kilby ประดิษฐ์ว่าเป็น microchip ที่นำโลกเข้าสู่ยุคสารสนเทศ อีกทั้งเป็นวงจรที่มีความสำคัญต่อวงการอุตสาหกรรมมากพอๆ กับน้ำมัน เพราะถ้าไม่มี IC เราก็ไม่มี internet ใช้ ไม่มีโครงการอวกาศ และไม่มีเครื่องปั๊มหัวใจ ฯลฯ วงจร IC ได้เปลี่ยนวิถีชีวิตของคนทุกคนบนโลก จนทำให้ คน Texas ภูมิใจ และยกย่อง Kilby ว่าเขาคือ Texas Edison และที่ National Invention Hall of Fame ก็มีภาพของ Kilby แขวนเคียงคู่กับ Edison
Kilby ถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 20 มิถุนายน พ.ศ. 2548 ที่ Dallas รวมอายุ 92 ปี
คุณหาอ่านผลงานของ Kilby ได้จาก The Chip : How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution โดย T. R. Reid ที่พิมพ์โดย Random House : 2001 หนา 308 หน้า ราคา 13.95 ดอลลาร์
สุทัศน์ ยกส้าน เมธีวิจัยอาวุโส สกว.
