BELL LABS, TRANSİSTÖR,WILLIAM SHOCKLEY, SİLİSYUM
- Esra Özgüven
- 19 Mar 2021
- 5 dakikada okunur
Güncelleme tarihi: 20 Mar 2021
Çağımızın en önemli araçlarından Bilgisayarın icadı büyük bir devrimi hemen getirmedi, bunun sebebi vakum tüpleriyle çalışıyor olmasıydı. Transistör günümüz teknolojisine ulaşılması için imkan sağlamış, elektronik bilimi için bir dönüm noktası olmuştur. Dijital çağın buhar makinesi diyebiliriz.
Transistörlerin yapımı, doğası itibariyle kuantum fenomenine dair sezgilere sahip teorisyenlerin, silikon yığınlarına yabancı maddeler ekleyecek malzeme bilimcilerin, deneysel çalışmaları yapacak hünerli ellerin, endüstriyel kimyagerlerin, üretim uzmanlarının ve becerikli tamircilerin birlikte çalışmasını gerektiriyordu.
Transistörlerin hikayesiyse Bell Labs’ta başladı. Bell Labs ismini telefonun mucidi Graham Bell’den alan dünyanın en büyük telefon şirketiydi (ve tekeldi) ve bir telefon sistemi kurma amacı taşıyarak teorisyenleri, malzeme bilimcileri, metalürjistleri, mühendisleri bir araya getirdi ve kuramcılarla mühendislerin birlikte çalışmasıyla, mühendisler oksijenden sonra yer kabuğunda en yaygın element ve kumun bileşeni Silisyumla uğraşmaya başladılar. Teorisyenlerse kuantum mekaniğiyle.
Bakır gibi bazı elementler elektriği iyi iletir. Sülfür gibi bazı elementler ise iletkenlik bakımından çok kötü olduğundan iyi yalıtkan olur. Bir de bunların arasında silikon ve germanyum gibi yarı- iletken elementler var ki az miktar arsenik ya da bor karıştırıldığında elektronlar daha kolay hareket eder.
Bu bilgiler kuantum mekaniği ile birleştiğinde Bell labs’teki metalürjistler yeni saflaştırma teknikleri, kimyasal hileler, ender ve yaygın maddeleri karıştırma tarifleriyle yeni maddeler elde etmenin yollarını buluyorlardı. Bell Labs’teki kimya mühendisleri ise silikon ve germanyum deneyleri yaptıklarında kuramcıların tahminlerini doğruladılar. Bütün bunların sonunda kuramcıların, mühendislerin ve metalürjistlerin birbirinden öğreneceği çok şey olduğu açığa çıkmış oldu. Yani farklı disiplinler farklı binalarda olmamalıdır. Yenilikler, değişik yetkinliklerde olan insanların bir arada rahatça fikir alışverişinde bulunup çalışmalar yapabildiği ortamlarda çıkar.
İlk transistör tabanlı bilgisayar 1954'te Bell Laboratuarlarında üretildi.
Bell labs transistörün yanı sıra, bilgisayar devre sistemleri, lazer teknolojisi ve cep telefonları gibi birçok yeniliğe öncülük etti. Örneğin transistörün icadından kısa bir süre sonra Amerikalı mühendis Russell Ohl ilk modern güneş pilinin patentini aldı. Ohl, transistörün icadından önce önemli bir yarı iletken araştırmacısıydı. 1930'larda Bell Labs’ta malzeme araştırması üzerinde çalıştı ve bunlar ileride transistöre öncü olacak ilerlemeler oldu. Çalışmaları, organizasyondaki bir avuç bilim insanı tarafından anlaşıldı, bunlardan biri 1947'de germanyum bipolar transistörü icat eden ve 1956 Nobel Fizik Ödülü'nü alacak olan üçlüden biri olan Dr.Walter Brattain'di. Russell’in patentinden 6 yıl sonrasındaysa 1954'te kimyager Calvin Fuller, fizikçi Gerald Pearson ve elektrik mühendisi Daryl Chapin tarafından ilk uygulanabilir fotovoltaik silikon hücre yine Bell lab’ta geliştirildi.
Russell Ohl
20. yy’ın en önemli keşiflerinden olan Transistör, Bell labs'ta çalışan ekip Shockley, John Bardeen ve Dr.Walter Houser Brattain ürünüdür ve bu icatları her üçünün de (yarı iletkenler üzerinde çalışmaları ve transistör etkisini buluşları için) Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmalarını sağlamıştır. Ancak yenilikler sadece bu icat fazıyla tamamlanamaz, kuşkusuz transistörün icadının ardından üretimini sağlayan mühendislere ve yeni pazarların yaratılmasını sağlayan girişimcilerde aynı derecede önemli rol oynamıştır. İlk germanyum daha sonra onun yerine kolay işleme ve sıcaklık etkilerine daha kararlı olmasından dolayı silisyum kullanıldı. Akımı saniyenin 100 milyonda biri kadar kısa zamanda iletebilen transistörlerin üretilmesiyle dijital saat ve hesap makineleri üretildi. Transistörden sonraki süreçte, silikonla başka bir şey daha üretildi: Mikroçipler. Transistörler Radyo- tv alıcılarında kullanılan lambanın yerini aldı ve ses sinyallerini güçlendirdi. Eğer transistör olmasaydı uydu haberleşmeleri, uzay araçları ve aya insan göndermek mümkün olmayacaktı.
William Shockley, John Bardeen ve Walter Brattain
WILLIAM SHOCKLEY
Nobel ödülünden sonra William Shockley, Takımının başarısından gurur duymak yerine rekabetçi bir iç güdüye kapılmıştı. Başarılı takımlar, özellikle de yoğun çalışanlar bazen dağılır. Bu takımları bir arada tutan, hem ilham veren hem yetiştiren, hem rekabetçi hem işbirlikçi liderlere ihtiyaç vardır. Ancak Shockley, iyi bir fizikçi ve iyi bir mühendisti ama asla iyi bir lider değildi. Bu sebeplerden ötürü Bell labs grubunun dağılması uzun sürmedi. Sonrasında Shockley yeni transistör tasarımını ticarileştirme girişimlerinde bulunduğu Kaliforniya'daki Silikon Vadisi'nin, kayısılarıyla ünlü bir vadiyken elektronik yeniliklerin yuvası haline gelmesine yol açan kişi oldu.
Shockley semiconductor da kurduğu harika takım onun liderliğinde olmak istemediği bir konuma gelmişti. Sonucunda şirketten ayrılan bu grup (Traitorous eight (hain sekizli) olarak bilinir) Fairchild Semiconductor’ı kurdu ve bu köklü bir kurumu bırakıp rakip bir firma kurmanın belki de ilk örneğiydi ve o zamanlar oldukça sıradışı bir durumdu. Şirketin kuruluşu aynı zamana Rusya’nın Sputnik uydusunu fırlatması denk geldi. Amerika Birleşik Devletleri, uzay yarışını başlatmak için bilgisayara ve transistöre ihtiyaç duyacaktı ve bunun sonucunda bilgisayarların bir roketin ucuna sığacak kadar küçük olmasının ve binlerce transistörü küçük cihazlara sıkıştırmanın bir yolunu bulmak gerekecekti.
‘‘Traitorous eight’’
Shockley iyi bir lider olamayışının bedelini şirketinin tekrar toparlanamamasıyla ödedi ve Stanford’da öğretim üyeliği yapmaya başladı. Şirketi kurarken bu iyi takımı bir araya getirmeyi başarmıştı ama onlara IQ testi yapıp lider olmaya uygun olmadıklarına dair kanılarda bulunarak hiç doğru olmayan bir yaklaşım uygulamıştı. (Hala işe alımlarda karşımıza çıkan testler buna banzer bir uygulamadır.) Shockley bu tutumunu sürdürdü ve öğretim üyeliği sırasında siyahların genetik olarak daha düşük IQ’ya sahip olduğu gibi saplantılarını dile getirdiği için toplumdan dışlanan ve sözlü protestolarla dersi kesilmeden ders anlatamayan bir profesöre dönüştü. Oysa o transistörü kavramsallaştıran ve insanları Silikon vadisine getiren dâhiydi.
William Shockley
SİLİSYUM
Silikon vadisi' ne ismini veren silicon(silisyum) metalik silikon formunda esas olarak bakır, alüminyum, magnezyum ve demir ile alaşım yapmak için kullanılır. Silikon ayrıca metalo-termik indirgemede bir indirgeyici olarak kullanılır. Saf silikon (% 98-99), yarı iletken uygulamalar için ve elektronik endüstrisinde silikon diyot yongalar (yonga, bilgisayarda çok sayıda küçük anahtardan oluşan elektronik devre) olarak kullanılır.
Ferro-silikon, çeliğin deoksidasyonu ve alaşımlanması için kullanılır. Silisli çelikler yay ve benzeri parçaların yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Silisli transformatör demirinin (% 4 Si ile) nispeten düşük güç kayıplarına sahip olduğu bilinmektedir. Takım çeliklerinde silikon içeriği% 0,35'e, yapısal çeliklerde% 0,37'ye ve alaşım kalitelerinde% 5'e kadar olabilir. Ferro-silikon, cüruf deoksidizatörü olarak ve ferro-alaşım üretiminde çeşitli oksitlerin indirgenmesi için kullanılır; Örneğin:Fe – Mo, Fe – V vb. üretiminde.
Ayrıca en bilindik malzemelerden olan ve Dünya çapında üretimi yılda 600 milyonu aşan camın ana maddesi (SiO2) silisyumdur. Döküm proseslerinde en çok bilinen ve kullanılan kum SiO2 bileşimindedir Silisyum doğada elementel haliyle bulunmaz ve saf halini elde etmek için, silisyum oksidin kok kömürü (grafit- karbon allatropu) ile elektrikli fırında indirgenmesi sonucunda gerçekleşir. Tepkime için gerekenden fazla karbon kullanılırsa silisyum karbür (SiC) oluşur.
SiC, elmas, kübik bor nitrür ve bor karbür gibi sertliğe sahip seramik bir malzemedir. Zımpara, bez ve cilalama malzemesi olarak kullanımının yanı sıra, aşınma, erozyon dirençli uygulamaları havacılık endüstrisinde pompa, tasıma, yağ, yakıt deposu, pompa malzemeleri ve kalıplarda kullanılır. Isı dayanımından dolayı uzay teknolojisinde de yüksek sıcaklık roket bağlantılarında, ısı değişim tüplerinde, difüzyon fırını parçalarında kullanılır.
Silisyum nitrür (Si3N4) ise yüksek sertlik, aşınma direnci ve tokluk özellikleri sebebiyle kesici takım, gaz türbin parçaları, dizel motor parçaları, ekstrüzyon kalıpları, sızdırmazlık elemanı olarak, yüksek sıcaklık ve korozyona dayanım özellikleri sebebiyle de ergiyik demir dışı metaller için refrakter olarak vb. birçok alanda kullanılabilmektedir.
Yazan: ESRA ÖZGÜVEN
Kaynaklar
Geleceği Keşfedenler: Dijital Çağın Biyografisi, Walter Isaacson (4. ve 5. Bölüm)
Bergmann, C., & Stumpf, A. (2013). Dental Ceramics. Topics in Mining, Metallurgy and Materials Engineering. doi:10.1007/978-3-642-38224-6
David W. Richerson, William E. Lee(2018),Modern Ceramic Engineering Properties, Processing, and Use in Design-CRC
Zeynep Taşlıçukur (2010),Si3N4/SiC Kompozitlerinin Spark Plazma Sinterleme (SPS) Prosesi ile Üretimi ve Karakterizasyonu
Comments