TRANZİSTORUN DOĞUŞU

yüksel T A R HA N

UDK: 621.382 afnf) 1 >

ÖZET

Bu yazıda, tranzistorun bulunuşuna neden ölen etkenler ve elektronik teknolojisinde ortaya çıkardığı hızlı gelişmeler kısaca açıklanmaktadır. Tranzistorun, değişik uluslardan birçok bilim adamının çabalarının doğurduğu birikimin ürünü olduğu vurgulanmaktadır. Tranzistorun bulunuşundan kaynaklanan diğer devre öğeleri kısaca tanıtılmaktadır. SUMMARY

This article briefly explains the factors that led to the discovery of transistor and its impact on the electronic techno logy it stresses the fact that the discovery was due to the combined international efforts of many scientists. The successors of transistor are given briefly.

1 Temmuz 1948 yılında, Bell telefon Labarotuvarlarında görevli üç mühendis, bir basın açıklaması yaptılar. Bu açıklama, ertesi günün gazetelerinde birkaç satırla şöyle yer aldı: "Radyo tüplerinin kullanıldığı yerlerde yararla nılması beklenen tranzistor adlı bir araç, araştırmanın yapıldığı Bell telefon laboratuvannda ilk kez sergilendi."

Yüksel Tarhan, HÜ

İçinde bulunduğumuz yıl, tranzistorun bulunuşunun otuzuncu yılıdır. Bu oldukça kısa süre içinde elektrik/ elektroniğin hemen bütün daüannda vazgeçilmez bir dev re öğesi durumuna gelen tranzistor, benzer teknikle daha sonra geliştirilen diğer yarıiletken devre öğeleri ile birlik te, çağımıza damgasını vuran teknolojik gelişmelerin ba şında gelmektedir, öyle ki, "Tranzistor" ve "yan ilet ken" sözcükleri teknik yazında en çok kullanılan sözcük lerin başında yer almaktadır.

f Is

O) o

Co

AFötolitogrofik " Sür<* V 1950 lerin ortos

I Oksit moskeleme ]

1954 )

I Sthattkoy engelli dıyod

V 1960

Metal okut \ yarı ıletken(MOC) ]

J AET 1960

I Tektas tümleşik 1

I devre

J V 1958

IL_

Yüzeysel tronzistor I

1959 J

c 3 Tfcori tektoj TD direnç tronzistor mantığı (DTMİ1961

Dojrusol

I tümleşik devre

D iyot tronzistor | mantığı

OTM (1962) J

I VüyıCHJon bağlaşık 1 mantık

I (YBMİ1962 i

QUç yarıiletkenleri

•

Mlkrodalga ve optoelektronlk aygıtlar

Tümleşik devreler ve öncülleri Kesikli (dlscrete) tranzistorlar

Tranzistorun bu denli büyük bir üne kavuşması nereden kaynaklanmaktadır?

Bu nedenlerin başında, hiç kuşkusuz, tranzistonın kul lanım değeri gelmektedir. Trarzistorun bulunuşu bilim ve teknolojinin gelişmesini daha önceki buluşlarla kıyas lanamayacak ölçüde hızlandırmış, toplu üretimin gerçek leştirilmesi ise bilim ve teknolojinin günlük yaşama yan sımasını kolaylaştırmış, verdiği katkıyı arttırmıştır. Y al nızca ucuzluk, az güç gerektirme, güvenilirlik gibi nitelik leri bile, bu küçük devre öğesinin kullanım değeri konu sunda yeterli ipuçlarını vermektedir. Tranzistorun bulu nuşu, teknoloji tarihine çok önemli bir basamak olarak geçmiş, araştırmayı yapan bilim adamları, Y Villiam Shock ley, Walter H. Brattain ve John Bardeen ise 1956 yılında aldıkları Nobel fizik ödülü ile bilim tarihindeki onurlu yerlerini almışlardır.

Değeri yeterince anlaşıldıktan sonra, tranzistorun bulu nuşu üzerine yapılan yorumlarda çeşitli görüşler ortaya çıktı. ABD tekellerinin sözcülerine göre tranzistor İkin ci Dünya Savaşını izleyen birkaç yıl içinde yapılan bilimsel araştırmaların amacı ve doğal sonucuydu. Bu buluş, bilimsel araştrmalarda bilim adamlarına sağlanan, özel olarak Bell Telefon Laboratuvarlan tarafından be nimsenen kolaylıklar ve çalışma biçimi ile gerçekleşmiş t i . Bilimsel bulguların en kısa ve verimli biçimde aktarıl masını sağlayan bilimsel konferans, seminer ve kongreler, bilgi alışverişini sağlama amacıyla bilim adamlarına veri len burs ve diğer parasal olanaklar bu sonuca büyük ölçü de yardımcı olmuştu.

Bu ve benzeri yorumların, gerçeğin çok küçük bir bölü münü abartarak verdiği ortadadır, ikinci Dünya Savaşı' ndan en az zararla, hiçbir kenti yıkılmadan, endüstri te sisleri zarar görmeden çıkan ABD, teknolojik üstünlüğü nü dünyaya kabul ettirmek ve dünya pazarlarını tümüyle ele geçirmek için, kendi teknolojisinin "her şeye kadir" olduğunu çeşitli biçimlerde yaymakta, yıkılmış Avrupa' da bilimsel araştırma yapmak olanağı bulamayan bilim adamlarının Amerikan tekellerinin hizmetine girmeleri için zemin hazırlamaktaydı. Tranzistorun bulunuşu da, büyük bir başan olması nedeniyle, propaganda amacı ile Amerikan tekellerinin sözcüleri tarafından saptırıldı, ve o yıllardaki bilimsel ve teknik gelişmelerin birçoğu gibi, kapitalist sistemin "erdemlerinin" vurgulanmasında başa rıyla kullanıldı.

Bilim tarihi ise bu görüşleri kesinlikle çürütmektedir. Y a pılan her buluş ve teknik gelişme kendinden önceki bu luş ve gelişmelere dayanmakta ve nesnel koşulların en elverişli olduğu yerde ortaya çıkmaktadır. Bilimde geiş me hızının artması birçok uzmanlaşma dalını ortaya çı karmış, bireysel çalışmalarla bilimsel kazanımlar elde et

me olanağı ortadan kalkmıştır. Bu açıdan bakıldığında tranzistor çeşitli ülkelerde yapılan araştırmalarla sıkı sıkıya ilişkilidir; buluşun Amerikan tekellerince gerçek leştirilmiş olması, ana öğenin, insanlığın ortak bilimsel kazanımlarının önemini geri plana itemez.

TRANZİ STOR ÖNCESİ ARAŞTIRM ALAR

Tranzistorun doğuşunu sağlayan bilimsel gelişmeler, 2 0 . yüzyılın ilk çeyreğinde ortaya çıktı. Bu gelişmeler, elektronik ve atomik sistemlerin tanımlanmasında, katı kristal atomları arasındaki bağların açıklanmasında fizik çilere güçlü araçlar sağladı.

1928 yılında Arnold Sommerfeld ve Felix Bloch gibi bi lim adamları, bu kavramları metaller kuramına uygulaya rak, Envin Schroedinger (Avusturya), VVolfgang Pauli (isviçre), M. Dirac (ingiltere) ve Enrico Fermi (italya) gi bi bilim adamlarının geliştirdiği Kuantum kuramına kat kı getirdiler. 1931 yılında A.H. VVilson (ingiliz), metal lerdeki elektron akışı ile ilgili bulgularla, yalıtkan ve yarı iletkenlerin kuramsal yapısını bağdaştıran yeni bir kuan tum mekaniği kuramı oluşturdu.

Aynı yıllarda, elektriksel haberleşmede yarıiletkenlerin kullanılması giderek artan bir ilgi görüyordu .""Kedi bıyı ğ ı " doğrultmaçları yerine uzun zamandır tüp kullanıl masına rağmen bunlar, 1930 yıllarında ilgilenilen kısa dalga boylan için kullanışlı değildi ve yarıiletkenlerin doğrultma özellikleri üzerinde araştırmalar yapılıyordu. Y ine de VY ilson'un geliştirdiği kuramın yaratacağı sonuç lar araştırmacılar tarafından tam olarak anlaşılamadı. 1935 1 9 3 9 yıllan arasında, yarıiletken fiziği kuramının sınırları, Frenkel ve Davydov (Sovyetler Birliği), Mott (ingiltere) ve Schottky (Almanya) tarafından yapılan ça lışmalarla genişletildi. 1930 yıllanndaki araştırmalan en gelleyen en önemli etmen, yaniletken maddelerin kuram ve deney arasında bağlantı kurmayı sağlayacak saflıkta elde edilememesiydi.

Bu sırada, mikrodalga elektroniğinin gereksinmelerini karşılayacak kristal seziciler üzerindeki araştırmalar yo ğunlaşıyordu. Belirli bir aklıktan (frekans) sonra kulla nışsız hale gelen tüpler yerine yaniletken kristal sezici lerden yararlanabilmek için, Silisyum ve Germanyum'un saflaştırılması gerekiyordu. Avrupalı ve Amerikalı bilim adamlarının çalışmaları ikinci Dünya Savaşı'ndan hemen önce sonuçlandı. Artık yaniletken maddeler gereken saf lıkta elde edilebiliyordu.

Araştırmalar ikinci Dünya Savaşı sırasında sürdürüldü. 1942 yılında Germanyum'un saflaştırılması için gereken bilgi birikimi sağlanmıştı. Germanyumun elektriksel özelliklerinin, içerdiği yabancı maddelerin niteliğine ve

oranına bağlı olarak, önceden kestirilebileceği gösterildi. Bu çalışmayı yapan Amerikalı bilim adamları, aynı yıl Germanyum doğrultmaçları üzerindeki araştırmaların yoğunlaşması sonucunu doğuran yeni bir doğrultmaç tü rü buldular.

Avrupa'da savaş sürerken, bilimsel araştırma yapma ola nağını bulamayan bilim adamlarının birçoğu Amerikan üniversitelerinde veya araştırma laboratuvarlarındaki ça lışmalarda yer alıyorlardı. Endüstri ve üniversite labora tuvarlarının çalışma düzeninin "savaş sırası araştırma" programları ile saptanması, çabaların birleştirilmesini ve sonuçların daha kısa sürede elde edilmesini sağlarken, tranzistorun önündeki engeller teker teker aşılıyor ve gerekli bilgi birikimi oluşuyordu.

Katıhal fiziği dalında geliştirilen kuramlar, belirli özellik leri sağlayacak saflıkta yarıiletken elde etme yöntemleri ve yarıiletken kristal sezicilerin savaş içindeki başarılı uygulamaları, bu dalda temel gelişmelerin henüz yer al madığını ve temel yarıiletken fiziğinde araştırmaların sa vaştan sonra da sürdürülmesi gerektiğini ortaya koydu.

Bell Firması, 1945 yılının sonlarına doğru, John Bardeen, V/alter H. Brittain ve VVilliam Shockley'in de yer aldığı bir yarı iletken çalışma grubu kurdu. Bu grupta teorik ve deneysel fizikçiler, fizikokimyacılar ve elektriksel dev re uzmanları yer alıyor, metalürji araştırmaları yapan ça lışma grupları ile işbirliği sağlanıyordu. Çalışma grubu, 1946 ocağında nokta değmeli tranzistorun doğuşuna yol açan iki önemli karar aldı. Bunlardan birincisi, çalışma ları en basit yarıiletken maddeler, Silisyum ve German yum üzerinde yoğunlaştırmak, ikincisi ise, yarıiletkenle rin madde özellikleri ile birlikte yüzey özelliklerine eğil mekti.

oluşturulan devrenin kazancı, öge (tranzistor) devreye girdiğinde kulakla duyulabilecek, osiloskopta görülebile cek biçimde büyüdü."

Ertesi gün bir osilatör devresi başarıyla denendi. Artık araştırmaların hangi yönde ilerleyeceği açık seçik belli olmuştu. 1 Temmuz 1948'de yapılan bu basın açıklama sı ile tranzistorun bulunuşu resmen belgelendi.

TRANZİSTORUN GELİŞMESİ

Bu tarihten sonra yarıiletken fiziği alanındaki araştırma lar hızla genişledi. 1951 yılında geliştirilen ilk eklem (Junction) tranzistoru, üretimin giderek daha ucuzla masını sağlayacak bir yapım yöntemini de beraber getiri yordu. Y üzey engelli (surface barrier) tranzistor ile çalış ma sıklıkları MHz bölgesine uzanırken, sızma tabanlı (diffused base) tranzistor ile yüksek sıklıkta olağanüstü bir çalışma verimi sağlanıyordu, ilk monolitik tümleşik devre 1958'de yapıldı, ancak topluca üretimi, tasarım ve üretim yöntemlerinin yeterince geliştiği 1961 yılından sonra gerçekleşti, ilk tümleşik devreler sayısaldı ve Direnç Tranzistor Mantığı tekniği ile yapılmıştı!*) Daha sonra Diyot Tranzistor Mantığı ( D T M ) , Tranzistor Tranzistor Mantığı (TTM ) ve Y ayıcıdan Bağdaşık Man tık (Y BM) teknikleri kullanılmaya başlandı. Sayısal elektronik devrelerin yapımı, Metal Oksit Y aniletken (M OY ) teknolojisinin gelişmesi ile kolaylaşırken, işlem sel yükselteçlerde, müzik ve ölçü aletlerinde,radyo ve te levizyon alıcılarında, kısaca.elektrikli tüketim araçlarının hemen hemen tümünde yer alan tümleşik devreler ortaya çıktı (Şekil 1 ).

Elektronik teknolojisinin bugün ulaştığı düzeyi belirle yen (ışıklı gösterge gibi) optoelektronik araçlar ve mikroişlemciler, ilk tranzistorun yol açtığı gelişmelere ışık tutması açısından çok önemlidir.

Shockley'in hesaplarına göre, ince bir yarıiletken tabaka sının direncini güçlü bir elektrik alanı uygulayarak değiş tirme olanağı vardı, öngörülen alan etkisi, deney sonuç lan ile doğrulanmayınca, Bardeen, Schottky'nin elekt riksel yük tabakasının oluşumunu açıklayan kuramından esinlenerek, yarı iletkenlerin yüzeyinde "sıkışan" elekt ronların, alan etkisini yaratmak için gerekli olan dış elektrik alanın etkisini yokettiğini öne sürdü.

Böylece göreli olarak yeni bir kuram geliştirildi: Y üzey durum kuramı. 1 9 46 ve 1 9 4 7 yılında sürdürülen araştır malarla bu kuram incelendi. Giderek daha karmaşık de neyler düzenlendi ve sonunda, 23 Aralık 1947'de, tran zistor işlevi, oluşturulan bir yükselteç devresi üzerinde ilk kez gözlemlendi. Bu devre hakkında Brittain Labo ratuvar defterine şunları yazmıştı: "Ses yükselteci olarak

Bu gelişmeler bugün hızla sürmekte, yarıiletken tekno lojisinin günlük yaşamın tüm alanlarında kullanılan ürün leri giderek artmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, tranzis tor ve yarıiletken teknolojisi, insanlığın ortak bilimsel çabalarından kaynaklanan ortak kazanımlarının somut göstergelerinden biridir.

(*) Tümleşik devrelerin yapım teknikleri için bkz. Gö nenç, Güney, Bilgisayar Donanım Teknolojisinde Geliş meler, Elektrik Mühendisliği, Aralık 1976, s. 617 624

KAY NAKLAR: 1. VVeiner, Charles, How The Transistor Emerged, IEEE Spectrum, Ocak 1 973, s 24 33 2. Lapidus, Gerald, Transistor Family Hıstory, IEEE Spectrum, Ocak 1973, s 34 35