İTÜ'de MİKROELEKTRONİK: YİRMİ YILIN HİKAYESİ

İTÜ'DE MİKROELEKTRONİK:

Y İRMİ Y ILIN HİKAY ESİ

Prof.Dr. Duran LEBLEBİCİ

1 95O'li yıllar tranzistorların, 1960'h yıllar .tümdevrelerin gelişme yılları oldu. 1970'li yılların başında artık tümdevre teknolojisinin gelecek yılların en önemli ve en hızlı gelişecek "anahtar teknolojisi" olacağı herkes ta rafından anlaşılmıştı. Tranzistorlar o zamana kadar elektronik derslerinin kapsamı içinde veriliyordu.Ağırlık oranı elektron tüplerine göre sürekli olarak yükselmekle beraber tranzistorun bir"devre elemanı" olarak davranışları nın incelenmesi ile yetiniliyor, yapım teknolojilerine pek değinilmiyordu. Tümdevreler için ise elektronik devre leri ile ilgili derslerde birkaç basit örnek verilmekle yetini liyordu.

1970 yılında konu, İTÜ'nün o zamanki "Yüksek Frekans Tekniği Kürsüsü"nde ilk defa başka bir görüşle ele alındı. Rahmetli Prof.Dr. Mustafa Santur'un yüreklendirici öncü lüğünde ders programlarına yarı iletken teknolojileri ve tümdevre yapıları ile ilgili seçime bağlı dersler konuldu, önemi ve etki alanı gün geçtikçe genişleyen bu konuların, yetiştirilecek genç mühendislerin hiç değilse bir bölümü nün ilgi alanına sokulmasının, Türkiye elektronik sana yiinin geleceği bakımından gerekli olduğu görüşü ile, te orik derslerde verilen bilgilerin uygulama alanı olarak bir Mikroelektronik Laboratuvarı'nın kurulmasına da karar verildi.

Konu, Kürsü'de bulunan bütün elemanlar için çok yeni ve yabancı idi. Kurulacak laboratuarda, elektronik laboratu arlarının alışılmış donanımının çok dışında olan cihazlara ihtiyaç vardı. O zamana kadar kullandığımız yegane "proses" olan "lehimleme"nin çok ötesinde, silisyumu ok sitleyecek, başka türden elementlerle katkılayacaktık. O

O ITÜ Elektrik Elektronik Fakültesi

zamana kadar kullandığımız, boyutları "santimetrelerle ölçülen elemanlar ye rine, boyutları "mikrometrelerle ölçülen elemanlar gerçekleştirmemiz gereki yordu. Bu yeni boyut düzeyine uyumu kolaylaştıracak bir ara adım olarak işe, o yıllarda hızlı bir gelişme içinde olan "kalın film karma tümdevre teknolojisi" ile başlanılması uygun görüldü. Bu tek noloji için gerekli olan donanımın bir bölümünün yarı iletken teknolojisinde de kullanılacak olması, kurulacak labo ratuarın ekonomikliği bakımından da elverişli idi.

Mikroelektronik laboratuarları o yıllarda gelişmiş ülkeler deki üniversitelerde de yeni idi. Özellikle "IEEE Transac tions on Education" da, çeşitli üniversitelerde kurulan mikroelektronik laboratuarları ve bu laboratuarlarda kul lanılan ucuz, bir bölümü kendilerinin gerçekleştirdikleri cihazlar ve uygulanan "üniversite ortamına elverişli" pro sesler ile ilgili makaleler yayınlanıyordu. Biraz bu maka lelerden, biraz da bir yaz boyunca içinde çalışarak tek nolojiyi ana hatları ile öğrenmek şansına, sahip olduğum Hollanda, Tvvente Teknik Üniversitesi'nde edinilen dene yimden yararlanılarak, üniversitemizde kurulacak Mikro elektronik Laboratuarı'nın tasarımı tamamlandı. Yarıilet ken teknolojisi ünitesinde katkı lama yöntemi olarak, 'daha az yatırım gerektiren, sarf malzemesi bakımından da da ha ekonomik ve güvenli olan "spin on" yöntemi benim sendi. Gerekli olan donanımın hangilerinin kendi olanak larımızla gerçekleştirilebileceği, hangilerinin mutlaka ithal edilmesi gerektiği belirlendi ve Laboratuvar Kürsü'nün o zamanki kadrosunun olağanüstü niteliği ve gayreti saye sinde 1975'de faaliyete geçti. Gerçekleştirilen devreler aynı zamanda ülkemizde tasarımı ve üretimi yapılmış olan ilk mikro devreler idi (Şek. 1). Bu ünitede kalın film karma tümdevrelerin başarı ile gerçekleştirilmesi [1], [2] o za manki PTT ARLA (TELETAŞ) yöneticilerinin bu teknolo jiye endüstriyel boyutlarda girme kararlarını kolaylaştırdı

379 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

Şekil 1 : İTÜ Mikroelektronik laboratuarımda gerçekleştirilen ilk kalın film karma tümdevrelerden biri: Geniş bandlı frekans dub lörü (1975)

Şekil 3 : Seçime bağlı dersler çerçevesinde öğrencilerin yap tıkları tasarım ve gerçeklemelere bir örnek: Ana uydu ikilisi. Devrede 24 tranzistor, ayrıca 2 test tranzistoru bulunmaktadır. Kırmık boyutları 1 mm x1mm'dir

Şekil 2 : Laboratuarda gerçekleştirilen ilk PMOS tranzistonar (1977)

ve ARLA, "yurt dışından herhangi bir teknoloji transferi yapmadan" bugün kapasite ve verimlilik bakımından Av rupa'nın önde gelen tesislerinden biri haline gelmiş olan kendi kalın film karma tümdevre üretimi ünitesini kurdu. Ülkemizin elektronik sanayii alanında bu ilk "ileri teknoloji" uygulamasını, ASELSAN'ın aynı yolu izleyerek kurduğu kalın film karma tümdevre ünitesi izledi.

Laboratuarın yarıiletken teknolojisi ünitesi ilk ürününü 1977'de verdi (Şekil 2) Dört tane çeşitli boyutlarda alü minyum geçitli PMOS tranzistorun bulunduğu 1 mm X 1 mm boyutlarındaki bu ilk kırmıkta kullanılan minimum bo yutlar 10 mikrometre idi. Daha sonra seçime bağlı ders ler, bitirme ödevleri ve diploma tezleri çerçevesinde çok sayıda analog ve dijital MOS tümdevrelerinin tasarımı ve gerçekleşmesi yapıldı (Şekil 3, 4). Laboratuarın sınırlı ancak iyi işleyen teknolojisi, öğretim dışında araştırma

Şekil H: Diploma tezi çerçevesinde tasarım ve gerçekleşme lere bir örnek: Yalnız Okunabilen Bellek (ROM). Tranzistor sayısı 2500, kırmık boyutları 2 mm x 2 mm'dir.

çalışmalarına da olanak verdi [3]... [7].

İTÜ Mikroelektronik Lâboratuarı'nın kurulması ve işletil mesi sırasında kazanılan birikim \"> deneyimden, 1980 1983 yllarında, TÜBİTAK Marmara Araştırma Enstitü sü'nde "Yarıiletken Teknolojisi Araştırma Laboratuarı (Yl TAL)" irt kuruluşu sırasında geniş ölçüde yararlanıldı. Üniversitedeki laboratuara göre çok daha yüksek düzeyli ve endüstriyel nitelikte cihazlarla donatılan bu laboratua rın bipolar teknolojiye de elverişli olan olanaklarından, la

66 379 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

boratuann elemanı olan genç mü hendislerin yetiştirilmeleri ve dene yimlerini arttırmalarının yanısıra, üniversitede verilen bazı yüksek li sans tez çalışmalarında da yararla nıldı. YİTAL'in teknolojik düzeyi 1987 de başlamış olan ve "NATO Science for Stability" programı tara fından desteklenen bir proje çerçe vesinde edinilen ek donanımla, "çok büyük ölçekte tümleştirilmış (VLSI)' CMOS tümdevrelerin gerçekleştirilmesine olanak vere cek şekilde yükseltilmektedir. Projenin tamamlanması ile, günümüzde çok hızlı bir gelişme içinde olan "uygulamaya özgü tümdevre (ASIC)" teknolojisinin yaygınlaştırdığı bil gisayar destekli tasarım yöntemleri kullanılarak çeşitli yerlerde tasarımları yapılan devrelerin, yurt içinde prototip ve pilot düzeyinde üretilmeleri olanağı kazanılmış olacak tır.

Yarıiletken elemanların yapım teknolojilerinin özümlen mesi ve bunun sonucu olarak yapısal özelliklerle elektrik sel davranışlar arasında ilişkilerin daha iyi alaşılması, artık Elektronik Anabilim Dalı adını almış olan birimde, elektronik devre elemanlarının daha iyi modellenmesi ve model parametrelerinin daha presizyonlu olarak belirlen mesini amaçlayan bir dizi araştırmaya yol açtı [8]... 114]. Bu araştırmalar, kapsamı genişletilmiş olarak DPT tara fından desteklenen "Mikroelektronikte Proses ve Eleman Karakterızasyonu" projesi çerçevesinde devam etmekte dir.

Mikroelektronik teknolojisinde ve tümdevre tasarım yön temlerindeki ilerlemelerin son yıllarda ortaya çıkardığı önemli bir gelişme de "Uygulamaya özgü tümdevre" (Application Spesific Integrated Circuit ASIC) teknolojisi dir. Bu teknolojinin sağladığı olanaklardan yararlanarak elektronik cihaz ve sistem üreticisi firmalar ürünlerinde, standart tümdevreler yerine o amaca en uygun şekilde tasarımı yapılmış özel tümdevreler kullanma olanağına kavuşmuşlardır. Türkiye elektronik sanayiinin de, bugün sahip olduğu düzeyi ve rekabet gücünü koruyabilmesi ve geliştirebilmesi için bu yeni teknolojiyi kazanması gerekir. Bu alanda gerekli insan gücünün hazırlanması amacı ile öğretim programlarına ASIC tasarımı ile ilgili derslerin ve laboratuarların konulmasının yanısıra, sanayiin bu konuya ilgisi çekilerek, ülkemizin önde gelen beş elektronik ve telekomünikasyon sanayii kuruluşu ile birlikte "İTÜ ilerı Elektronik Teknolojileri Vakfı" kurulmuştur. Vakfın kurdu ğu "Tümdevre Tasarım Merkezi", bu önemli teknolojinin üniversite ortamının sağladığı olanaklardan da yararlanı larak, ortak yatırım ve ortak gayretle hızla kazanılmasını amaçlamaktadır.

İTÜ'de 1970'den bu yana sürmekte olan bu çalışmalar, başlangıçta tanımlanan amaca uygun olarak, mikroelekt ronik teknolojilerinin çok sayıda nitelikli gencin ilgi alanına sokulmasını ve yetiştirilmelerini sağlamıştır. Bu gençlerin sayı ve nitelik bakımından önemli bir kesiminin halen yurt dışında çalışıyor olması çeşitli yönleri ile düşündürücüdür. Üniversitemiz ve öteki üniversiteler mikroelektronik gibi ileri teknoloji alanlarında da araştırma yapmak ve insan gücünün kendi ülkelerinde mutlu ve üretken olmalarını sağlayacak ortamın yaratılması da devletin ve sanayiinin görevidir.

Mikroelektronik teknolojisinde ve tümdevre tasarım yöntemlerindeki ilerlemelerin son yularda ortaya çıkardığı önemli bir gelişme de "Uygulamaya özgü tümdevre" teknolojisidir."

KAYNAKÇA [I] D. Leblebici, Kalın Film Karma Tümdevre Tekniği ile Gerçekleştirilen Geni? Bandlı bir Frekans Ço ğaltıcı, İTÜ Elektrik Fak. Y. Frekans Tekn. Kurs. Ra por: 76.01, 1976. [2] H. Kuntman, Aktif R. C PCM Kanal Filtresi, İTÛ Elektrik Fak. Y. Frekans Tekniği KOrs.Rapor: 78.07, 1978. [3] U. Çilingiroğlu, A Charge Pumping Loop Concept for Statie MOS RAM Cells, IEEE J. Solid StCirc. SC 14, 1979. [4] U. Çilingiroğlu, Bistabilization of MOS RAM Cells: The Charge Pumping Loop Approach, Proc. IEEE Conference on Circuits and Computers, New York 1980. [S] U. Çilingiroğlu, A. Two Device Bistable Memory Circuit VVithout Feedback Loop IEEE J. Solid St. Circ. SC 17 1982 [6] U.Çilingiroğlu, A. General Model for Interface Trap Charge Pumping Effect in MOS device», Solid Sta te Electronics, Vol. 28, 1985. [7] U. Çilingiroğlu, A Pulaed Interface Probing Tech. for MOS Interface Characterization at Mid Gap Level», IEEE Trans. on Elect. Dev., Nov. 1988. [8] D. Leblebici, Geliştirilmiş bir Ebers. Moll Modeli, İTÜ Elektrik Fak. Y. Frekans Tekn. Kurs. Rapor: 80 18, 1980 [91 H. Kuntman, Geliştirilmiş Eben Moll Model, Dokto ra Tezi. İTÜ, 1982. [10] H.Kuntman. Modified Eben Moll Model, Elect. Let ters, 1982 II1] H.Kuntman, New Method for Modetling High Utjec tion Effects in Bipolar Transistor», Bull. of Tech. Univ. of İst.. 1984. [12] H.Kuntman, BJTda kohktör Baz kapasitesinin modellenmesi, 2. Ulusal Elektrik Müh. Kongresi, 1987. [13] A. Toker, Bipolar Tranzistortann Yüksek Frekans Modelleri Hakkında, 2 Ulusal Elektrik Müh. Kong resi, 1987. [14] A. Toker, Bipolar Tranzistorlarda Kolektör Baz Kapasitesinin Ölçülmesi için Yeni bir Yöntem, 3. Ulusal Elektrik Müh. kongresi, 1989.

379 ELEKTRİK S m MÜHENDİSLİĞİ O /