Mikroçip Nedir? Mikroçip ne işe Yarar? Mikroçip Nasıl Üretilir?

Eğer teknolojiye biraz ilginiz varsa zaten mikroçiplerin ne olduğu ve mikroçiplerin ne işe yaradığı hakkında bilgi sahibisinizdir. Ancak biz bu yazıda mikroçipler hakkında her şeyi en ince ayrıntısına kadar anlatmaya çalışacağız.İngilizcede integrated circuit (birleşik devre), monolithic integrated circuit aynı zamanda IC olarak adlandırılmaktadır. Türkçe de ise tümdevre, yonga, kımık, çip, tümleşik devre yada entegre devre olarak adlandırılmakta olan mikroçipler günümüz teknolojilerinin vazgeçilmez parçasıdır.

Mikroçiplerin Tarihçesi

Bir zamanlar devasa boyutta basit işlemler yapan aletler günümüz teknolojileri sayesinde ceplerde taşınır hale gelirken aynı zamanda en karmaşık işlemleri dahi saniyeler içerisinde yapabilecek kadar geliştiler. Teknolojik cihazların küçülmesi ve gelişmesinde kuşkusuz ki en büyük rol transistörler ve mikroçiplere ait. ABD’deki Bell Laboratuvarları’nda 1947 yıllarında çalışmakta olan fizikçi John Bardeen, Walter H. Brattainve William B. Shockley tarafından transistörler geliştirildi. Bu ilk transistörler yarı iletken malzemelerden oluşuyordu ve ana malzeme olarak germanyum kristali kullanılıyordu. Transistörlerde bulunan kristaller gelen en küçük elektrik akımıyla bir sonraki devredeki daha güçlü bir akımı kontrol edebilecek şekilde yerleştirilmişti. Transistörleri geliştiren bu 3 bilim adamı 1956 yılında nobel fizik ödülüne layık görülmüştür. Transistörler küçük olmaları, az ısı üretmeleri, az enerji gerektirmeleri ve oldukça güvenli olmaları sebebiyle karmaşık devrelerin minyatürleşmesine olanak sağladı. Transistörler oldukça başarılı çalışıyordu fakat daha verimli hale gelebilirlerdi. Transistör içinde bulunan parçalar birbirlerine lehim ile bağlanıyordu. 1950 li yıllarda bu parçaların bir levha üzerinde kalıp haline getirilerek üretilebileceği keşfedilir.İlk mikroçipler 1950’li yılların sonlarına doğru,birbirinden habersiz iki mühendis tarafından geliştirildi. Bu mühendislerden biri 1923’te Kansas’ta doğan Kilby’dir.1947 de Illionis Üniversitesi’nden elektrik mühendisliği bölümünden mezun olan Kilby. 1958’de eşiyle birlikte Texas’a yerleşir ve Texas Instruments’ta elektronik parçaların küçültülmesi üzerine çalışmaya başlar.Kilby 2000 yılında nobel fizik ödülüne layık görülmüştür. Mikroçip geliştirmeyi başaran bir diğer isim Robert Noyce’dir. 1927’de Iowa’da doğan Robert Noyce Grinell Koleji’nde öğrenimine devam ederken hocası, fizik profesörü Grant Gale’in, Bell Laboratuarları’nda üretilen ilk transistörlerden ikisini sınıfa getirerek öğrencilerine gösterir bu olay Noyce’u olduça etkilemiştir. 1953’te Massachutes Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) doktorasını tamamladığında IBM, RCA, AT&T gibi ünlü firmalardan iş teklifi alan Robert Noyce bu tekliflere rağmen transistörlerle ilgilenen Philco firmasında çalışmayı tercih etmiştir. Burada üç yıl çalışan Noyce, transistörun mücitlerinden William Shockley’den iş teklifi alır ve ailesiyle beraber Silikon Vadisi’ne taşınır. Shockley ile anlaşamayan Noyce, 1957 yılında yedi arkadaşıyla birlikte Fairchield’ı kurar. Kısa sürede transistör satışında ticari başarı yakalayan Noyce, 1959 yılında tüm dirençler, kapasitörler, transistörler ve diğer bağlantıları tekbir silisyum üzerine yerleştirmeyi düşünerek çalışmalarına bu yönde devam eder. Böylece Kilby’den altı ay sonra, Noyce de entegre devre üretebilmeyi başarır. Noyce’nin silisyum kullanarak ürettiği entegre devre Kilby’nin germanyum kullanarak ürettiği devreden daha pratiktir. Böylece küçük silisyum levhacıklar üzerinde çok sayıda transistör aralarındaki bağlantılarla birlikte kalıp haline getirilerek çıkarılmaya başlanır. Günümüzde kullanılan entegre devreler yani mikroçipler bu şekilde meydana gelmiştir.

Mikroçipler Nasıl Üretilir?

Süper elektronik zekaların ürünü olan 60 yıl önce icad edilen mikroçipler saniyede milyarlarca hesaplama yapabilecek kapasitedeler. Fakat bu bizim için iyi haber olsa da onları üreten insanlar için pek de iyi bir haber değil. Bu tür bir işlem gücüne ulaşmak için mikroçip üreticilerinin milyonlarca bileşeni parmak ucunuz boyutunda bir plakaya sıkıştırması gerekiyor. Peki bunu nasıl başarıyorlar ve mikroçipler nasıl üretiliyor?

Mikroçipler transistörler denen milyonlarca ayrı bileşen kullanarak çalışır. Çipe ne kadar transistör sığdırırsanız çip o kadar hızlı ve güçlü olur. Transistörler kırmızı bir kan hücresinden 200 kat daha küçüktür. Bu denli küçük bir şeyi üretmek büyük bir imalat sorunu bu sorunu ortadan kaldıran aletin adı ise fotolitografi makinesidir. Fotolitografi makinesi silikon plakalara saatte trilyonlarca transistör basabiliyor. Makineye girmeden önce her bir plaka ışığa duyarlı likit bir tabakayla kaplanıyor. Makine transistör tasarımın ve silikon tabakanın üzerine lazer ışını göndererek çalışıyor. Tıpkı fotoğraf çekerken olduğu gibi plakaya transistörün görüntüsünü bırakıyor.

Çiplerde ki transistör sayısı her iki yılda bir yaklaşık iki kat artıyor. Bunu her bir transistörün boyutunu küçülterek başarıyorlar. Hollanda’da da bulunan ASML fabrikasında transistörlerin boyutunu küçültmek için makineler yapılıyor. Ancak bir transistör kadar ufak teknoloji ürünleri ile uğraştığınız da makinenin önemli parçalarında bulunabilecek tek bir toz yada deri tanesi felakete yol açabilir. Bu nedenle fabrikada özel koruma kıyafetleri, eldivenler ve ayakkabılar kullanılmakta. Ancak bütün bu önlemler bile yeterince temiz olmadığı için her bir çalışan temiz odaya girerken hava duşu almaktadır. Fabrikadaki havanın tümünün 2 dakikada bir yeni ve temiz havayla değiştirilmesi, içerinin dışarıdan on bin kat daha temiz hale getirilmesi gerekiyor.

Peki transistörlerin boyutu nasıl küçültülüyor? Selleriyle ünlü bir ülkede cevabı yine suda bulmak hiçte şaşırtıcı değil. Lazeri bir su katmanından geçirdiklerinde büyüteçten geçen güneş ışığı görevi gördüğünü, ışığın keskinliğini arttırdığını ve her bir transistörün boyutunu en küçük bakteriden 5 kat daha küçük hale gelecek şekilde küçülttüğünü keşfettiler. Tamamlanan ürün daha küçük daha hızlı ve daha güçlü mikroçipler üretmeye yardımcı olacak.^[1]