Transistörler

Şu anda konuyu okuyanlar (Üyeler: 1, Ziyaretçi & Botlar: 0)

Düşünün, insanlık tarihinin en önemli icadı nedir?
Kağıt, ateş, tekerlek?
Evet bunlar en önemlilerinden bazıları ama daha derin düşünün, çok eskilere gitmeyin. Son dönemlerde yapılan gelişmeleri, telefonları, uyduları, bilgisayarları geleceği de unutmayın yapay zeka, artırılmış gerçeklik. Bunların hepsini mikro boyutlarda mümkün kılan ve belki ileride nano boyutlarda mümkün kılacak bir şey var fizikçilere göre her şeyi başlatan ufacık bir parça.
TRANSİSTÖRLER.
Bu ve bunun sayesinde mümkün olan her şeyin arkasında da Quantum fiziği vardır, bunu Quantum fiziğine borçluyuzdur. Şimdi ne alaka diyecek insanlar vardır, o yüzden de gelin transistörlerden, onları mümkün kılan silikondan, vadilerden, İntel’den bahsedelim sonra bağlayalım. Bilgisayarların ilk ortaya çıkmaya başladığı zamanlar 20.yüzyılın başlarıydı ve o zaman bilgisayarlar bazen bir daire, bazen bir oda büyüklüğünde olabiliyorlardı ve çok da işlem kabiliyetleri yoktu. Kendi bilgisayarınızdan okuyorsanız bu yazıyı, siz o tabiri caiz ise bodur bilgisayarların 1/100 boyutunda ve milyarlarca kat daha fazla işlem kabiliyetine sahip bir cihaz görüyorsunuz karşınızda demektir. Bunu da mümkün kılan ve mümkün kılacak olan şey transistör adını verdiğimiz minicik bir dostumuz. Ona transistör dememizin sebebi transfer ve rezistans kelimelerinden oluşması. Transistör’ün en basit hali 3 adet yarı iletkenin birbirine eklenmiş halidir. İletkenlik ten başlayalım, bildiğiniz gibi enerjiyi mesela ısıyı ileten, dışarıya aktarabilen maddelere biz iletken diyoruz, bunu yapamayanlara ise yalıtkan diyoruz. Tam bu ikisinin arasında hem yalıtkan hem de iletken olabilen maddelere ise yarı iletken. Bu yarı iletkenlerin arasında en verimlisi ise silikon. Silikon aslında yalıtkan dır, ama biraz ısıtırsanız durum değişir. Dört elektronu bulunan bir silikon atomu, etrafındaki diğer silikon atomları ile bağ kurduğu zaman stabil haldedir. Elektronlarında hareketi için enerjisi yoktur. Ama silikon atomuna çok benzeyen bir atomu, mesela bir 5 elektrona sahip fosfor atomunu silikon atomlarının yanına getirdiğiniz zaman fosforun getirdiği bir fazla elektron ile elektronların hareketlenmesini, AKIM İLETMESİNİ sağlar. Elektronlar da negatif (-) yüklü olduğu için buna teknik olarak N-TİPİ TRANSİSTÖR diyoruz. Tam tersi yani elektron sayısı 3 olan yani az olan bir atom getirirsek silikonda bir boşluk oluşacak. Pozitif yük artacağı için buna da P-TİPİ TRANSİSTÖR diyoruz. Yani elimizde bir negatif tip transistör ve pozitif tip transistör bulunuyor bunları ise yapıştırın. P tipinde az elektron, N tipinde fazla elektron var. Dolayısıyla da bu fazla elektron P tipine geçecek. Yani artık elinizde bir DİYOT var. Diyot tek taraflı elektrik akımına izin veren bir aygıttır. Elektronik cihazlarda da yağın olarak kullanılır. Peki bir P tipi ve iki N tipi silikonu birbirine yapıştırdığınızda ne olur?
Elinizde bir TRANSİSTÖR var artık. Bu transistör’ün bağlantısı N-P-N ya da P-N-P şeklinde olabilir. Ama bir elektron bir taraftan diğer tarafa geçince ne oluyor haliyle iki taraf da nötrlenmiş oluyor. O zaman da iki taraf arasına çok az bir pozitif voltaj uygulanıyor. Bu sayede elektronlar sürekli yer değiştirmeye başlar. Bunun için transistörlerin üç taneleri vardır. Base, Emitter ve Collector denir bu arkadaşlara. En basit halleriyle musluğa benzerler. Akım gerçekleşmesi için musluğu açmanız gerekir.
Base bildiğimiz vana görevi görür. Açtığınız durumda akım oluşur, kapattığınız durumda oluşmaz.
Tüm bu sıkıcı sayılabilir teknik bilgilerin özeti şu:
Transistörler bildiğiniz anahtar gibi çalışıyor, açarsınız veya kapatırsınız, ama bu açma-kapama işini hiçbir hareketli parça olmadan yapıyorsunuz. Ve bu işlem sizin yapabileceğinizden milyarlarca kat daha hızlı gerçekleşiyor. Tüm transistörler’in açık-kapalı durumu da bilgi çağımızın en önemli özelliğidir. Yani bilgisayarların çalışma mantığıdır, 1’ler ve 0’lardır. Bu birlerin ve sıfırların teknik bir karşılığı vardır, bilgisayarınızda ki transistörlerin açık veya kapalı olması durumudur. 1-açık, 0-kapalı demektir. Ve tüm bilgisayarlar bunun üzerine kuruludur. Anladıkları tek dil budur. Fakat Transistörler devrim yaratsa bile, bugün ki hallerini almaları için çok çok küçülmeleri gerekiyordu. Bunun içinde başka bir devre gerekiyor oda ENTEGRE DEVRELER(IC). Entegre Devre dediğimiz şey ise bugün mikro-çip dediğimiz içinde transistör, diyot ve direnç gibi farklı parçaları barındıran parçalardır. Burada da devreye Robert Noyce giriyor. Bu kişi ilk entegre devreyi silikon kullanarak icat eden ve çok çok yakından tanıdığımız İNTEL'i Gordon Moore ile kuran kişi. Yani İntel’i kuran iki isim de birer fizikçidir. Silikon Vadisi’nin de isimi buradan gelir.
Gelişen teknoloji ile transistörler haliyle entegre devreler aşırı derecede küçülmüş ve eskiden bir daire büyüklüğündeki bilgisayarları kol saati şeklinde kolay taşınabilir hale getirmiştir. Burada ise İntel’i Robert Noyce ile birlikte kuran Gordon Moore’un çok önemli bir yasası devreye girer. Moore Yasası. Moore Yasası derki “Entegre devreler içindeki transistörlerin yoğunluğu her yıl ikiye katlanacak.” Yani her yıl iki kat daha küçük entegre devreler elde edebileceğiz ve çok küçük bilgisayarlar (o zamana göre) elde edebileceğiz. Bunu desteklemek gerekirse (yani örnek vermek gerekirse) 1970 yıllarında 120 milimetrelik bir devrede yaklaşık 10.000 transistör bulunuyordu. 1980 yıllarında ise bu sayı 1.000.000’a yükselmişti.
1990 yılında ise tek çekirdek(core), tek izlek (thread)bir İntel Pentium MMX işlemci de transistör sayısı 50.000.000’a çıkmıştı. 2000’li yılların başlarında ise bu transistör sayısı 1.000.000.000 rakamına ulaşmıştı. Bu günlerde ise 2.000.000.000’ın üzerinde transistör bulunuyor bir devrede. Şimdi Moore Yasası şimdiye kadar çok iyi bir şekilde gelmiş ama transistörler bugün ki boyutunda artık bu anahtarlama işlemini yapamaz hale geldiler. Çünkü nano boyutlarda elektronların akışını durduracak gerekli boyutu elde edemiyorsunuz. İşte Moore Yasının tıkandığı kapıya geldik bu kapının öbür tarafında ise bizi çok ayrı bir dünya bekliyor. Ama tamda burada bir soru sormamız gerekiyor. Peki transistörlerin fizikle, özünde kuantum fiziği ile alakası nedir?
Baştan beri anladığınıza göre tüm bunlar elektronlar ve atomların ilişkileri üzerine kurulmuştur. Ve bu bağlantıları araştırarak, elektronik cihazlarda kullanılacak yarı iletken silikonlardan daha verimli transistörleri icat eden isimler Jhon Bardeen, William Schokley, Walter Brattaindır. Ve bu isimler tabii ki birer fizikçidir. Hatta bu üçlü 1956 yılında ortaya attıkları bu devrim yaratacak alet sayesinde Nobel ödülünü kazanmıştır. Ve tekrar Moore Yasasına geldiğimizde bu yasanın şurada tıkandığını görüyoruz, bir şey bu kadar küçültüldüğü zaman Newton’ın evrenini, klasik fiziği arkanızda bırakması gerekir. Bohr’un evrenine girmeli ve bu evrenin kurallarına göre oynamanız gerekiyor. Yani Kuantum Evrenine göre.
 
Üst
stat counter