MODERN ELEKTRONİKTEKİ GELİŞMELER -1-

Modern Elektronikteki Gelişmeler I

Yazan : Dr. Mehmet T. MADAKBAŞ

ÖZET

Uzay yolculuklarının gayesi ne olursa olsun, or taya çıkan gerçek /ayda sudur ki; zamanımızdaki teknolojik gelişmeleri, sokaktaki adama en güzel ve en ilginç şekilde göstermekte ve ispatlamaktadır Bu teknik basanların belki de en büyük payı mo dern elektroniğe aittir Astronotların yanlarında ta şıdıkları normal bir sigara paketi büyüklüğünde 5 kanallı bir haberleşme cihazının içinde 16000 transistöre tekabül eden bir devreden bahsedilince, konuya karşı ilgi daha da artmaktadır. 'Ancak mo dern elektronik hakkında bildiklerimiz de yine zih nimizde kapalı bir kutu gibi yerleşmiştir. Cihaz sistemlerinde ve elemanlardaki gelişmeye bağlı olan bu teknolojik aşamanın bir fcumı bu makalede an latılmaya çalışılmıştır. Katı maddeler içinde temel

elektronik prensiplerin uygulama alanı bulması,

yalnızca elektronik elemanların dolayısıyla cihazla

rın boyutlarını küçültmekle kalmamış, aynı zaman

dı sistem teşkilini kolaylaştırmış ve devrelerde sağ

'amlık, kararlılık ve güvenilirliği arttırıcı bir rol de

oynamıştır.

, ! '•i

SUMMABY

Among the recent technological advances one of the biggest shares is due to modern electronics. in this article some aspects of these advances which depend on the development of electronic device sys tems and device elements discussed and some use ful results of the application of the basic electronic vrindples to solids are mentioned.

ELEKTRONİK ELEMANLARDA GELİŞME VE ENTEGRE DEVRELER

Elektron lambasının 1907 yılında De Forest tarafından icadı İle başlayan elektronik çağı, hiç güphe yok ki bugün modern yaşantımızı sosyal, ekonomik, politik hatta her yönden etkileyerek gelişimini sürdürmektedir. Elektroniği herhalde pozitif ilimler içinde en hızlı gelişme gösteren ve uygulama alanı en fazla olan bir dal olarak görmek hatalı olmaz. Bugün radyo ve televizyon bütün dünyada haberleşmeyi en ücra köşelere kadar götüren bir vasjta olmuştur. Askeri sa vunma için suni peykler, robot ve roket tekniği feza yolculuğu yapabilecek seviyede geliştiril miştir. Modern bilgi işlem ve hesap maklnaları (bilgi sayarlar) temel ve uygulamalı bilimler de, ilmi araştırmaları ve teknik ilerlemeleri teş vik etmekte son derece tesirli görünmektedir. Elektronik ayrıca endüstriyel İmalât kontrolü ve üretim metodlannda, tıbbi alanda teşhis ve te davide ıbüyük gelişmelere katkıda bulunmuştur.

Elektronikteki bu gelişmeler, elektronik ele manların gelişmelerine bağlı ilerlemekte ve her geçen gün daha derin bir fizik bilgisi temeline dayanmaktadır. Yani yalnız aktif ve pasif devre elemanlannı birleştirerek istenen bir elektronik fonksiyonun nasıl yaptırılacağı değil, aynı za manda çeşitli fiziki olaylardan faydalanarak, be lirli ortamlarda (vakum, gaz, sıvı, yarı iletken, katı v.b.) 'herhangibir bilginin ve temel fonksi yonun nasıl kullanılacağı da düşünülmektedir.

ni bir devre açılmıştır. Bu tarihten sonra ele manların elektronik fonksiyonları artmış, bo yutları küçülmeye başlamıştır.

KATIHAJÜ FİZİĞİ

Transistorun elektronik fonksiyon bakımın dan pratik değeri anlaşılınca, katı maddeler, özellikle yarıiletken maddeler üzerindeki çalış malar yoğunlaşmış ve katıhal fiziğinin spektru mu çok genişlemiştir. Bu gelişim fizik ile elektro niği birleştirici bir rol oynamıştır. Hemen he men katıhal fiziği içinde İncelenen her olay bir elektronik eleman İle sonuçlanmıştır, örneğin; elektron emisyonu (foto emisyon, alan emisyo nu, termik emisyon, sekonder emisyon), elektro luminesans,, termolumlnesans, magnetorezistivl te, ferro ve piezoelektrik, ferro ve ferrimagne tizm, antiferromagnetizm, ımagnetostriksiyon, su perkonduktivite, E.S.R. bunun birkaçıdır. Da ha Faraday (1820) zamanında gümüş sülfür mad desinin kullanılması, sonra selenyum maddesinin özelliklerinin incelenmesi ve daha sonra german yum ve silisyum maddelerinin saflaştırılması ve kristal özelliklerinin Lauve ve Bragg tarafın dan röntgen difraksiyon metodlarım uygulaya rak İncelenmesi, yarıiletken maddeler üzerinde ki çalışmaların 'bir başlangıcı olarak bilinmek tedir. O sıralarda dalga mekaniğinin teorik ola rak oynadığı rol de ihmal edilemez.

Amerikan araştırıcılarından Shocktey, Bar deen ve Brattain'ln 1948 de transistoru böyle bir düğünce ile ortaya koymaları İle elektronikte ye

Yarı iletken maddelerden imal edilen elektro nik elemanlar içinde belki de en mühimi tran sistordur. Katıhal fiziğinin bir ürünü olan tran

Elektrlk Mühendisliği 182

sistörün ortaya konmasıyla elektronik fonksi yonlara haiz sistem geliştirme İçin yapılan ça lışmalarda, boyutların küçültülmesi, sistemin gü venilir bir çalışma yapacak şekle sokulması, İmalât masraflarının asgariye indirilmesi gibi unsurlar önem kazanmıştır. Teknolojinin bu yön de ilerlemesiyle radyo lâmbalarına nazaran çok daha basit fiziki yapıya sahip bu elemanların kullanılması neticesi küçük ve çok fonksiyonu olan sistemlerin yapılması ve uygulama alanla rının arttınlma imkânı elde edilmiştir. Basit •yapı aynı zamanda boyutları ufaltnvş, güç ih tiyacım azaltmış, sağlam, hatasız ve güvenilir bir yapı İle fonksiyonunu görebilme imkânını vermiştir. İmalât teknolojisi ve metodlannın za manla gelişmesi hem çok fonksiyonlu sistemleri geliştirmekte hem de elemanların flatlarını hızla düşürmektedir.

Katıhal fiziği İçinde yarıiletkenler teknolo jisinin daha birçok örnekleri vardır M,' başka fiziki olaylar ve özellikler kullarularaktan elek tronik fonksiyonlara haiz elemanlar türetilebi lir.

Elektroniğin uygulama alanları : zaman geç tikçe arttığına göre, İstenen bir fonksiyonu ya pabilecek veya fonksiyonların artımını sağlaya cak veya yeni devre teşkil edecek sistemlerin geliştirilmesi de zorunlu hale gelmektedir. îs tenen sistem karmaşık nitelikte bir yapı teşkil ediyorsa bu sistemi yine belirli fonksiyonda alt sistemlere bölerek kesikli İnşa etmek mümkün olmaktadır. Zamanımız elektroniğinde hızla ge •llşen bir sistem olarak bilinen sayısal sistem bu gelişmeye örnek verilebilir. Bu tip sistemler İle esnek fonksiyonlu ve daha kesin neticeler verebilecek birleşimlere girmek kolaylaşabilmek tedir. Sayısal sistem kullanılarak geliştirilmiş sistemlerin avantajlarım en açık bir şekilde he sap maklnalannda ve bilhassa bu makinaların gelişmesinde görmekteyiz. Böyle bir sistemde boyutların küçültülmesi, bellek sistemi, mantık kuruluşu ve işlem hızı gibi kemiyetler üzerinde durularak gelişme sağlanmaktadır.

Sayısal sistem tekniği ile yapılan işlemler, ölçü sistemlerinde de yeni İmkanlar açmış, ge rilim ve akımların zaman ve frekansın kesinlik le ölçülmesi gibi elektronikte faydalı aşamalar sağlanmıştır. Fizikî kemiyetlerin sayısal ifade sinde de artık bu metodun kullanılması İle çok daha kesin neticelere erişmek mümkün olmak tadır.

Elektroniğin yakın geçmişteki gelişimine ba karsak, gerek elektronik elemanların, gerek fonksiyonlu alt sistemlerin ve gerekse her iki sini kapsayan komple cihazların yapısında gü venilirliği arttırıcı şartların sağlanması yönüne gidildiğini görmekteyiz. Esasen güvenilir bir

çalışma yapmayan sistem veya cihazın fonksi yonlarını arttırmaya yönelmek de doğru olmaz. Zaten radyo lâmbalarından başlayarak zamanı mızdaki lntegre devre tekniğinin uygulanmasıy la imal edilen cihazlara kadar, sürekli bir gü venilirlik artışına İhtiyaç duyulmuş, ve imalât metodlan da bu sınırları genişletecek şekilde ge liştirilmiştir. Karışık sistemlerde, sistemin tam fonksiyonlu çalışması için, kullanılan elemanla rın hatasız ve uzun ömürlü olması aranan bLr niteliktir. Şayet bir sistem (n) adet elemandan teşkil edildiyse, sistemin yapabileceği arıza ih "timali (n) adet eleman üzerine dağılmıştır. Sis temi teşkil eden elemanların boyutlarının ve ça lışmaları İçin icabeden gücün, en alt seviyede tutulması hatasız çalışmayı sağlayacak en önemli faktörler arasındadır.

Meselâ, 50 000 transistor, diod v.s. ihtiva eden bir cihazda elemanlardan bir adedinin arıza yap masıyla o cihaz fonksiyonunu kaybediyorsa ve bu amanın haftada bir defadan fazla tekerrür etmemesi isteniyorsa böyle bir cihazın eleman larının ömrünün 350 000 gün (1000 sene) ol ması İcabettiği hesap edilebilir. Halbuki pratik te, kabul edilebilecek en fazla anza oram ele alındığında, bir haftada (168 saatte), 50 000 ele mandan birinin arıza yapması halinde, 1000 saat içinde % 0,012 nisbetinde bir arıza bekle nebilir. Elemanların sağlamlığının veya güveni lirliğinin ölçüsünü böyle bir misal' İle daha iyi anlamak mümkündür. Esasen yarıiletken ele manlar imalâtında da kullanılan güvenilirlik sı nırı da budur. Şayet 500 adet eleman, 1 000 saat lik bir ömür testine tabi tutulduğunda sadece bir adedi anza gösterirse arıza nisbetinl; saatte 500 000 elemanda 1 olarak, veya (1000 saat ge nellikle birim olarak alınacağına göre) 1000 saatte % 0,2 olarak, tesbit edilebilir. Elektronik te bu birime (arızadan önceki ortalama zaman) denir. Güvenilirlik sınırlarını arttırmak için aşa ğıdaki üç nokta üzerinde durmak gerekmekte dir.

1. Devrelerde veya alt 3İstemlerde iç bağlan tıların sayısını mümkün olan en az sayıya İndirmek,

2. Elemanların tamamen kontrollü ve homo jen, bir imalât metodu ile yapılmış olma ları,

3. Kullanma esnasında eleman için gerekil güç ihtiyacının en düşük seviyede olması.

Nitekim elemanların böyle bir gelişme İle boyutlarının ufaldığı dolayısıyla gereken elektrik gücünün ve mekanik bağlantıların azaldığını gör mekteyiz. Şartlar böyle gelişince elektronik ça ğında bir minyatürleşme başlamıştır.

MtKBOELEKTBONtK 1963 yılında International Electrotechnlcal Commission (I.E.C.) (Uluslararası Elektrotek nik Komisyonu) elektronikteki yeni gelişmeleri, şu tanımlama ile eskiden ayırmıştır : Bir cm8 de 3'den fazla elaman ihtiva eden devrelere mik ro devre denir. Mikroelektronlkde devreleri gu grublarda toplayabiliriz :

1. Normal elemanların mevcut en ufaklanni WP araya toplayarak teşkil edilen devrelerle ya pılan bloklar :

Yani R, C, L, transistor, dlod v.s. nln bir blok İçine yerleştirilmeleri ve bu mikro blokların sonradan birbirleri İle bağlantıları yapılarak teşkil edilen sistemlerdir. Mikro bloklar ile RCA1 nm 85 ayrı devre kullanarak yaptığı bir sis temde mevcut 10 000 mikro blok 251 cm» hacim içine sığdırılmış, 40 kg ağırlıkta olup 250 W güç çekmektedir.

İzole edilmiş bölgeler

Şekil 1.

Şekil 2.

%. Kaim fllm tekniği ile yapdan yapılan devreler:

Bu teknikte farklı rezlstlvite ve dlelektrik özelliği olan çeşitli macun haline getirilmiş mad delerin bir seramik veya cem, taşıyıcı levha üze rine sürülerek kurutulması suretiyle R ve d e re haiz bir devre teşkil edilir, sonradan minya tür transistor, dlod v.e.nln bağlanması suretiy le esas devre İmal edilmektedir. Boyut ve güç bakımından mikro bloklarla mukayesesi yan ya rıyadır.

3. înce fihn tekniği Ue yapılan devreler : Şayet aktif elemanların pasif devre eleman larının miktarına olan oran küçük ise ince film tekniği pratikte büyük faydalar sağlar. Bu tek

Elelrtrti Mühendisliği 182

nlkte izole bir levha üzerine metal buharlaştır ması veya oksid kaplanması ile pasif devre elemanları teşkil edilir. Birbirleri ile olan irti batları isa ayrı bir maske üzerinden iletken bir metal buharlaştırması İle yapılmaktadır. Mese lâ; bir rezistansın bu şekilde imali için, taban plaka üzerine belirli bir rezlstlf değeri olan bir metal buharlaştırılır veya iki iletken metal ara sına oksid kaplanması İle metal ve oksid bo yutlar» ayarlanarak istenen değerde bir kapa site sağlanabilmektedir. Kondansatör için en uygun metal tantalum'dur. Aktif elemanlar İse bu devre üzerine yine mekanik olarak monte edilmektedir. İnce film tekniği ile Mullard ta rafından özel bir sipariş üzerine bir devre 389 transistor, 832 diod, 587 kondansatör, 1660 di renç ihtiva etmesine rağmen 110 cm» hacim içi ne yerleştirilmiş ve 750 gr. ağırlıkta gelmiştir.

4. Entegre devreler

Yarıiletken kristaller üzerinde bütün fonk siyonlara haiz devre elemanlarının aynı anda teşkili ile imal edilmekte olup, elemanlarını dev renin elektronik fonksiyonunu bozmadan ayır ma imkanı yoktur. İmalat teknolojisine göre entegre devreler de şu kısımlara ayrılır :

a. Monolltlk entegre devreler, b. înce film entegre devreler, c. Her İkisini ihtiva eden hybrtd entegre dev reler.

Entegre devrelerin yapısını izah ederken konvansiyonel bir transistor veya dlodun da ya pısı ve imal metodu anlatılmış olacaktır. Zira yarı İletken teknolojisi, lntegre devrelerin İma linde transistörler imali İçin bilinen metodlar tat bik edilmiş olup, genel temel prensibler üzerin de fazla bir yenilik getirmemiştir. Ayn ayrı yarıiletken elemanların İmali için kullanılan fizik aynen bu devreler için de kullanılmaktadır. Sa dece seri İmalat için teknolojik yeniliklere büyük İhtiyaç duyulmuş olup, mekanik ve fotoğrafik işlem yapacak aletler ve seri imalatı test edecek cihazlar geliştirilmiştir.

Monolitlk entegre devre teknolojisinde özel likle taban maddesi olarak silisyum kullanılır. Silisyum tabiatta bulunduğu şekilden arındırıla rak eriyik hale getirilir ve bu eriyiğin, kübik kristal şekli verilmiş bir çekirdek etrafında ağır bir hareketle döndürülerek donması sağlanır. Donarak 2 3 cm çapma kadar büyütülen bu küt le, monokristal özellik taşır ve entegre devrenin üzerine işlenebileceği evsafta girmiş olur. Böyle bir silisyum ingottan 0,25 mm kalınlıkta levha lar kesilir ve bu levhaların sadece bir yüzünde İstenen devre elemanları teşkil edilerek birbirle ri İle bağlantıları sağlanır. Kullanılan teknik; bu

kristal yüzeyinin oksitlendirilmedi, elemanların

konacakları yerlerde oksitlerin tekrar sökülmesi

ve o yerlere elemanları teşkil fcdecek maddelerin

difüzyon ile işlenmesi şeklindedir. Aktif ve pa

sif elemanların boyutlarını, kristal üzerindeki

yerlerini gayet iyi tesbit etmek için maskeleme

metodu kullanılır. Elemanların teşkil edileceği

yerler dışındaki bölgenin oksid ile kaplanması di

füzyonun bu bölgeler dışına dağılmalarını önle

yen İyi bir maske olur. Oksid maskelemeyi yap

mak İçin yüksek bir ısıya haiz (900°C) fırın

içine konan kristal levha üzerinden O2 gazı veya su buharı geçirmek lâzımdır. Oksid kaplanan bü

tün bir yüzeyde aktif ve pasif elemanların teşkil

edileceği bölgelerden oksdt tabakasını asit ile sök

mek gerekir ki, yüzeydeki elemanları teşkil ede

cek maddeler kristal içine termik olarak işleye

bilsin. Bunu yapmak için oksit kaplı yüzey üze

rine ışığa duygun bir madde (fotorezist) sürülür.

Evvelce büyük bir kağıt üzerine çizilmiş devre

nin maske filmi çekilerek bu film İle kristal üze

rindeki fotorezist maddesinin İstenen bölgeleri

sertlegürlUr, sert bölgelerin dışında kalan kısım

lardaki oksit tabakası asit İçinde eritilerek, iste

nen difüzyon maskesi kristal yüzeyinde sağlan

mış olur. Oksidin mevcut olmadığı bu bölgelere

yine yüksek ve sabit bir ısı veren (1100°C) fırın

içinde bor, fosfor, arsenik v.s. gibi maddelerin

girmesi (doping) sağlanır. Silisyum kristal içi

ne bor, alüminyum, galyum, İndiyum gibi' ya

bancı maddeler ilave edilmişse kristal (p) tipi

dediğimiz pozitif serbest yüklerle iletkenliğe sa

hip bir tip olur. Fosfor, arsenik, antimon, biz

mut gibi maddeler İlave edilirse negatif iletken

liğe aahlp (n) tipi bir kristal teşkil edilmiş,

olur.

,

ı kristal (n tıpı) SıO

Şekil 3.

Silisyum kristal levha üzerine yukarıda özet lediğimiz süreçler devrenin şekline göre defalar ca tekrarlanarak, istenen aktif ve pasif eleman lar teşkil edilmiş olur. Meselâ; 2,5 mm* İlk bir yüzeye 50 adet eleman ihtiva eden bir devre ya pılırsa, 3 cm çapında 0,25 mm kalınlıkta bir lev ha üzerine aynı devreden 350 adedini aynı anda işlemek mümkün olur. Bu kadar ufak boyutlar da maskelemeyi özel bir agrandisman ile fotog rafik ufaltmak suretiyle sağlamak gayet kolay olmaktadır.

Daha sonra devrelerin teşkil edildiği kristal levha herbir devre İçin kesilip parçalanarak dev reler ayrı ayrı plastik veya metal kapsüller İçine

B

E

SıO

Normal transıstoı

Şekil 4.

Saurce Gate Draın SıO

Şekil 5.

s GD 1 k L/JMÂz

//

• Metal kontak • SıO

/

M 0 S transistor

Şekil 6.

monte edilir. Devre elemanlarının teşkili sırasın da birbirleri ile olan yalıtkanlığın sağlanması: bu teknoloji için belki de en mühim faktörlerden birisidir. Zira elemanlarda birinin üzerine tat bik edilen voltaj ye içlerinden geçen akım üi ğer elemanları etkilememelidir (devrenin kararlı çalışması batanından).

Teknolojinin bu basamağında yalıtmayı eağ lamak İçin çeşitli metodlar geliştirilmiştir. Diod yalıtma tekniği olarak bilinen bir metod da, p n eklemli diodun ters polaritede göstermiş olduğu çok yüksek rezistansından faydalanılmasıdır. Meselâ; p tipi bir kristal üzerine elemanlar teş kil ederken herbir eleman için difüzyon ile n tipi bölgeler hasıl edilir. Devre kullanılırken eleman lar arasında hasıl olan bu p n eklemler ters ola rak polarize edilir. Aynı metod p tipi kristal üze rine tepitaksiyal* olarak büyütülmüş n tipi kris tal ile de yapılır, n tipi epltaksiyal yüzeyde ya lıtılmak istenen bölgeler yine p tipi bir difüzyon ile tabandaki p kristaline kadar ayrılabilir. Do layısiyle yine her elemanı ihtiva edecek bölge bu sefer epitaksiyal olarak p n eklemler ile ay

Epitaksiyal kristal büyütme metodu; kimyevi bir reaksiyon ile silisyum tuzlarından saf si lisyumun kübik kristal şeklini muhafaza ede rek büyütülmesidir, örnek : 2SİC1 + H2,_» 2HC1:+ 2Si

Elektrü Mühendisliği 163

rjlmıg olur. Bunda da yine ters bir voltaj tat biki ile yalıtkanlık sağlanır.

Diğer bir metod İse, n tipi bir kristal yüzey üzerinde oyularak hasıl edilen kesik pramit şek lindeki bölgelere SİO kaplanır. Bunun üzerine de polikristal silisyum kaplanır, levha ters çevril dikten sonra yüzeyi yarım pramitler birbirlerin den ayrılıncaya kadar zımparalamak lazımdır. Neticede herbir kesik pramit bölge, diğerinden SİO ile ayrümıg olur. SiO zaten çok iyi bir yalıt kan olduğundan dolayı elemanlar arasında elekt rik! iletkenlik mtevcut olamaz.

Yukarıda izah. edilen metodlann İlavesiyle konvansiyonel diod transistor imalat tekniği ay nen integre devreler teknolojisi için de mevcuttur. Entegre devreler içindeki transistor şu şekilde İnşa edilmektedir:

Levhada, transistorun inşa edileceği maske ile ayrılmış bölgede, yalıtkanlık sağlandıktan son

SıO,

Moskg

1 ?İ! lk Fotorgzısı

Sert fotorezıst

1 nu

T n 5c

•y\n <Z ••••;/.PA,V

Şekil 7. Elektrik Mühendisliği 182

ra o bölgeye bor maddesini difüze edip p tipi bir iletkenlik sağlanarak transistorun bazı1 (ba se), fosfor difüze ederek de çok yoğun bir n tipi iletkenlik (n) ile emetör teşkil edilir, kollek tör ise n tipi iletkenliğe sahip bölge üzerinden metal kontak ile alınır. Ancak bu bölgede kris tal direnci kollektöre seri olarak ilâve edile ceği için bunu denkleştirecek (compensate) şe kilde bir metod uygulamak lazımdır. Bu da mev cut n tipi bölgenin bir kısmının fazla yoğun ya pılması (n+) ile direncini düşürmekle mümkün olur.

Şekil 8.

întegre devreler transistörlerin geçirdiği ge lişmeyi kendi bünyesinde de uygulamaktadır. MOS (metal oksit silikon) tipi transistörler kul lanılarak yapılan integre devrelerde yalıtkanlık problemleri daha da azalmaktadır. Bu da dev renin fonksiyon bakmından daha iyi karakteris tikler ile çalışmasını sağlıyor. MOS transistörde, kaynak (source) ve süzgeç (draln) kendi p n eklemleri ile kapı (gate) ise silisyum oksid ile yalıtılır. MOS transistörde kaynak ile süzgeç ara sında tkalan direnç, kapıya tatbik edilen vol taja ve yapının transkondüktansına bağlı olarak değişir. MOS transistörlerin diğer bioplar tran sistörlere kıyasla en az 4 5 kere az yer işgal etmeleri ayrıca bir avantajdır. Buna mukabil (svvitching) geçiş zamanı daha uzundur.

întegre devrelerde diodların imali de yine bi linen p n eklemin teşkili ile olur. Transistor imalinde yapılan p n eklem aynen diod içdn de tekrarlanır, tfntegre devrelerin içindeki direnç ve kondansatör gibi pasif devre elemanlarının inşası ise şu şekildedir :

Ddrençte, kullanılan taban maddesinin İçine işleyen (difüze eden) bor veya fosforun yoğunlu ğuna bağlı olarak iletkenlik değişmektedir. Di rencin istenen değeri, serbest yükleri ihtiva eden bu maddelerin yoğunluğu ve maskelenmiş bölge nin geometrik boyutlarına bağlı olarak sağlana bilir. Dlfüzyon ile sağlanmış böyle bir bölgenin iki ucuna yapılan metal kontaklar ile direnç teş kil edilmiş olur. Kondansatörün yine aynı plaka üzerinde teşkili için İki metod vardır. Birisi ok sit tabakasının kalınlığı kontrol edilerek ve di elektrik özelliği bulunarak metal ile kaplanmış

bir yüzey üzerine oksit teşkil edilir ve üzeri tek rar metal kaplanır. Metal levhaların alanları, dlelektrlk değeri ve kalınlığı istenen değerde bir kondansatör teşkil eder. Diğeri ise, elektrolitik kondansatörlere tekabül eden bir metoddur. Bu metod da, evvelce izah edilmiş olan diod teşkili dir ve bu ters yöndeki kapasitansı belirli bir kutuplanma (polarite) ile istenen değere ayarla nabilir. Tabii ki bu durumda kapasite ters yönde tatbik edilen voltaja bağlı olarak değişmekte dir. Bu da muhtemel ayarlı kondansatör fonksi yonu görmesi bakımından ayrı bir avantaj sayı labilir.

Pasif ve aktif devre elemanlarını bu inetod larla bir arada ve aynı anda inşa etmek suretiy le istenen eleman yoğunluğunda kanşik devre leri imal etmek mümkün oluyor. Yoğunluğun art ması ile eleman boyutlarının minimuma indiril mesi gerektiğine göre acaba ne gibi teknik im kanlar ile mikroskobik denebilecek bu tip çalış maları yapmak kabildir? Bu soruyu da kısaca tekrar şöyle özetleyebiliriz. Maskeleme tekniği için büyük bir kağıt üzerine çizilmiş çeşitli de senlerin fotografik olarak ufatılmalarjnı sağlaya cak bir arandisman makinası, kristal yüzeyine çıkarılan desenlere yabancı madde (fosfor, bor) kaplayacak 800 1200° C arasında homojen ve sa bit ist veren bir fırın, kristal üzerinde teşkil edi len devre elemanlarının birbirleri ile irtibatın! metal buharlaştırması ile Bağlıyacak bir vakum da buharlaştırma cihazına ihtiyaç olmaktadır. Aynı eleman yapısını ihtiva eden birçok devre, kristal üzerinde bu şekilde hazırlandıktan sonra monte edilmek üzere krlstaü parçalanır ve devre ler ayrı ayrı kapsüller içine konulur. Devrenin girişini, çıkışını, voltaj beslemelerini veya hari cen bağlantı icabeden uçlarını kapsülden dışarıya çıkarmak ve devrenin dış tesirlere karşı bozul masını önlemek için sağlam ve pratik kullanıla bilecek bir yapıya sokulması özel teknolojik ge lişmelere sebep olan diğer bir faktördür. Tran slstörlerin monte edildiği standart kap olarak bil diğimiz çok ayaklı (T 0 5) veya plastik 14 uç lu (dual in line) kapsüller içine devrenin tama mını ihtiva eden kristalin yapıştırılması, ve saç kalınlığında ince altın teller ile dışarıya çıkan uç ları hem dış kapsül ayaklarına hem de devrenin kristal üzerindeki yerlerine kaynak etmek özel bir teknolojiyi gerektirmektedir. Bu tip kaynak işlemleri için ultrasonik kaynak makinaları ve ya «Termo Compression Bonding> denen çeşit li makinalar geliştirilmiştir.

întegre devrelerin imalat teknolojisinde diğer büyük bir aşama da seri imal edilmiş devrelerin otomatik olarak test edilmeleridir. Bu tip test ler sadece yukarıda bahsettiğimiz imalat randı manı için değil, aynı zamanda askeri tip diye bi linen, fonksiyonlarının özel şartlar altında tanım

lanması gereken devreleri tesbit ve ayırmak için de kullanılmaktadır. Meselâ, imal edilen stan dard bir devre 0°C ile öö°C arasında herhangi bir arıza göstermeden fonksiyon görebilir. Fakat 45°C ve 120°C arasında özelliği bozulmayan dev relerin (ki buna ekseri askeri tip denir) ayrul ması da istenen bir faktördür.

\brv kesil

•ıııııııışrrnTnvt(iıın{ynYi{i(nnıu{iım vıu/uı "J/'"

a'~' • , " ' I E ' * • * ' • ' ' ' ' t

"'^•' •' 'i i r "^ " •'I

n dVuzyOf>

J jj. ı M'.^'J L t... *ı ." J Km* ırVV'1 , .A tjj C '. !' ' ".'NÛ 'P. tıpı basc cMuzyon

" N . lıoı emıltcr dıfuz>tînu

f Metcl I

I

I /\I

f OM T

I\

Ust ço'unu

.' •

Q •••;

o ••••;

ŞeldI 9.

Şimdiye kadar seri imalatın gerektirdiği bir çok cihazlar ve otomatik test sistemleri gelişti rilmiştir. Bunlardan bir tanpsi meselâ, Teksas Inc. tarafından yapılan sistemde 14 ayaklı stan dard entegre devreler üzerinde 36 çeşit testi 30 msaniyede yapılmaktadır.

L.S.I: Geniş ölçüde (yapılan integre devreler: întegre devrelerin imalat teknolojisi hakkın da biraz fikrimiz olduktan sonra akla gelen bir soru şu oluyor:

Elektrik Mühendisliği 183

, Mikro elektronik, böyle bir teknoloji ile daha ne kadar küçültülebilecektir ? Aynı kristal levha üzerinde integre devre miktarını sınırlayan se bebler neler olabilir? întegre devre teknoloji sinde kaydedilen bir gelişme de bu tip devre ade dini, kullanılan kristal büyüklüğüne göre yerleş tirme üzerinde olmuştur. Geniş, ölçüde yapılan entegre devreler (L..S.I.) denen bu aşamada gör düğümüz neticeler daha da ilginçtir.

Meselâ, tek bir kristal üzerine sayıcı (coun ter) veya shift register olarak kullanılabilecek bir alt sistemin inşası için bu teknoloji kullani laraktan 2,5X5,0 mm'lik bir yüzeye 3500 adet aktif ve pasif eleman yerleştirmek mümkün ol muştur. Böyle bir devre için icabeden dirençler, toplam yüzeyin •% 65'ini kaplamaktadır. Yani pasif eleman ihtiva etmeyen bir devre olsa, aynı yüzeye santimetre kareye 25 000 eleman yoğunlu ğunda bir alt sistemi sığdırmak mümkün olmak tadır. Bu tip alt sistemlerde halen bol miktarda (sayısal kelime tercümesinde) (digital word translator) bellek olarak kullanılmaktadır. Bu tip genig entegre devrelerin İmalini zorlaştıran ve hatta sınırlayan faktörler olarak şunları sı ralayabiliriz :

1. Alt sistemdeki eleman parametrelerinin toleransları,

2. Alt sistem ihtiva eden kristalin fonksiyo nun görüleceği şekilde monte edilmesi,

3. Maskeleme tekniği için maharetli bir ça lışma,

4. Devre tamamen bittikten sonra test etme imkanlarının zorluğu.

Bütün bu güçlüklere rağmen son zamanda 0,130 cm2 0,260 cm* büyüklükteki yüzeylere in şa edilen geniş entegre devrelerin imalat tekno lojisindeki randımanı % 50 civarındadır.

Tanınmış elektronik mecmualarında yayınla nan devre elemanı imal eden firmaların reklam

lart bize mlkrolaşma devrinde ne kadar yol alın dığını gayet güzel göstermektedir. Mesela, Ge neral Instruments Microelectronics Div. firması nın imal ettiği L.S.I.'de 6,5 cm2 de 250 000 adet transistorun yerleştirildiğini ve yine aynı fir manın gelişme raporlarından özel bir siparişi üze rine 1 milyon transistoru yerleştirebildlklerl bir sistemi imal ettikleri belirtilmektedir.

Güçlü yarıiletken elemanlar :

Entegre devrelerin, elektronik sistem boyut larını mikrolaştırmada oynadığı rolü ve yarıilet ken teknolojisinde 'boyutların ufatılmasınt esas alan bu aşama ile elemanlar için icabeden güç ihtiyacının düşünüldüğünü de belirtmiştik. Acaba yüksek voltaj veya büyük güce ihtiyaç olduğun da t>u elemanları kullanmak mümkün değil mi? Tabii ki ihtiyaca göre güç ve verim sınırları çizildiğine göre, bu sınırlan genişletmek için de yarıiletkenler teknolojisi önemli aşamalar yap mıştır.

Meselâ, yine elektronik mecmualarındaki rek lamlardan gördüğümüz ve piyasada bol miktarda uygulama bulmuş 1000 V tatbik edilerek kul lanılan birçok çeşit transistor mevcuttur. Bir çok televizyon ve katod jşını tüblerindeki dev relerde kullanılan Delco firmasının DTSO714 ti pi transistoru 1200 V kollektör voltajına daya nıklıdır. Aynı firmanın DTS 804 tipi 1400 V, 5A karakteristiğe sahip bir transistoru renkli TV lerin yatay tarama devrelerindeki 3800 VA'lik yüke anahtar olarak fonksiyon görmektedir. R. C.A.'nın 2N5575 transistorunun kollektör akımı 100 A ve güç kaybı 300 Watt olup, akım ampli kasyonu 40'dır.

National Electronics Inc. firmasının piyasada kullanılan kontrollü silikon doğrultkanı (SCR) 750 A akımı doğru yönde geçirebilecek ve 1500 V ters gerilime dayanacak bir yapıya sahiptir. Yine de bunların büyüklükleri kibrit kutusu ka dar bile değildir.