Nano Teknolojisi

Nano Teknolojisi

Yıllar önce bir odayı tek başlarına dolduran bilgisayarlar, önce masa üstlerimize, ardından dizüstlerine, şimdilerde de cebimize girecek kadar küçüldüler. mikron boyutlarında hayatımıza giren gelişmelerse sadece bilgi işlemle sınırlı kalmıyor. Tarımdan tıbba, mikro mekanikten yongalara dek hemen her alanda nano teknolojinin günlük hayatımıza neler katacağını araştırdık. Hemen her gün mikron boyutlarında yaşanan gelişmeler sadece masaüstü ya da diz üstü sistemler için geçerli olmaktan çıktı.Bilgi işlemci arenasındaki yarışta hayati önem taşıyan nano teknoloji, artık hayatımızın her noktasında kendini gösteriyor.Tarım, biyoloji, mekanik, elektronik, tıp ve kimya alanlarında uygulanan yeni yöntemlerde de, nano teknolojinin nimetlerinden faydalanılıyor.Bu sayede geliştirilen yeni ürün, hizmet ve yöntemler, günlük hayatımıza girmeye hazırlanıyor.Geçmişine baktığımızda %u2018taze%u2019 olarak nitelendirebileceğimiz nano teknoloji üzerine yapılan çalışmalara artarken, ciddi firma ve akademik kurumların bu alana yaptığı yatırımlar milyar dolarlara ulaşmış durumda. Hal böyleyken nano teknolojinin getirilerinin somut örneklere dönüşmesi ise çok şaşırtıcı değil. Şimdi, bilim kurgudan gerçeğe dönüşen yeniliklerin hayatımıza neler getirdiğine göz atalım%u2026 Her geçen gün hızla ilerleyen teknolojinin sokaktaki insana yaşayan yüzü öncelikle cihaz boyutlarında yaşanan hızlı küçülme. Hepimizin bildiği gibi ilk bilgisayar bir oda kadar büyüktü ve yaptıkları işlemi ve hızlarını bugünkü modellerle kıyaslamak bile şu an için çok anlamsız bir davranış olarak değerlendirilebilir. Günümüzde çok güçlü bir bilgisayarın bir saat büyüklüğünde olabileceğini ve günlerce şarj edilmeden çalışabileceğini duyduğumuzda %u2018neden olmasın%u2019 diyebiliyoruz.Bundan 15 yıl önce ise 10MHz hızındaki işlemciler kullanıyorduk. Bugünse 2GHz %u2018lik bir işlemci için ise %u2018idare eder%u2019 dediğimiz bile oluyor. 15 yıl sonraysa %u2018Vay be,o zamanlar 2GHz %u2018lik işlemciler kullanırdık%u2019 diyerek kendi kendimize güleceğiz.

Değişim sınırlarına artık daha yakınız

Bir oda büyüklüğündeki bir bilgisayarın cebimize sığacak boyutlara getirilmesi elbette zor.Ama bu aşamadan sonra işlerin daha da zorlaştığı kesin.Çünkü bileşenlerdeki küçültme devam ettiği sürece farklı teknolojilerin kullanılması gerekiyor.Bir üretim teknolojisinin sınır noktasına ulaşıldığında daha başarılı yeni bir teknolojinin hazır olması gerekiyor. Tahmin edebileceğiniz gibi her yeni teknoloji yeni bir yatırım ve öğrenme - alışma süreci gerektiriyor.

Büyük gelişim,ne çok basit bir noktadan; elektrik akımının var ve yok olmasından (0 ve 1) başlamış olan bilgisayarlarda, birçok ince ayağı bulunan devre elemanları yani yongalar kullanılıyor. Silikondan üretilen yongaların içine ancak mikroskopla incelenebilecek kadar küçük olan birçok transistorlar birkaç mm² %u2018lik alana sığdırılmak zorundadır. Bugün bilgisayarlarımızda kullandığımız bir yongayı eski tip transistorlarla baskılı devre (PCB)

üzerine dizmek istersel bir ev veya bina büyüklüğünde bir PC sahibi olmamız normaldir. Tabii böyle dev bir bilgisayarın PCB üzerindeki düzgün sinyal trafiğini ve yeterli elektrik akımını sağlaması gerçek bir başarı olacaktır. Kısaca eski teknolojiyle şu anki PC %u2018lerimizin geldiği seviyeyi yakalamak mümkün değil.



Karşılaşılan sorunlar

Daha hızlı yongaların oluşturulmasında yaşanan en büyük engel devre elemanlarının üzerinde bulunan akıma olan direnci ve bunu oluşturduğu yüksek ısı.Mikron düzeyinde bir araya getirilmiş milyonlarca transistor öngörülen ısının üzerine çıkarak hatalara veya yonganın zarar görmesine neden olabiliyor.

%u2018Electromgration%u2019 adı verilen bu olayın yonganın zarar görmesine neden oluyor. %u2018Electromigration%u2019 metal atomlarının ince tabakalara bölünmüş yonganın yapısında yer değiştirmesiyle meydana geliyor. Böyle bir durumla karşılaşmak istemiyorsanız overclock (hızaşırtma) yapmaktan kaçınmalısınız.Diğer bir sorunsa giderek gelişen yonga oluşturma teknolojilerinin yongalarda daha küçük devre elemanlarının bulunabilmesini sağlaması. Fakat bu küçülmenin bir sınır var. Yeni teknolojiler bu sınırı giderek zorlasa da bu minik transistor ler birkaç tane molekülden oluşan bir hale gelince transistor görevini gerçekleştiremeyecek.

Yonga oluşturmada kullanılan yeni teknolojiler ve materyaller her yıl %u2018en fazla şu kadar küçülebilirler%u2019 tahmininde değişikliğe neden oluyor. Şu an geleceğin silikon yongaları filanca mikron teknolojisiyle üretilir denirse bile bu açıklama çok geçmeden değiştirilmek zorunda. Fakat yonga üreticisi firmaların mevcut teknolojilerini hesaba katarak yaptıkları üretim planları gelecek vaat ediyor.Büyük yonga üreticisi firmalar mevcut yonga basım tekniklerinin sınırlarını iyi bildiklerinden yonga oluşturma teknolojileri üzerinde çalışıyorlar. Bu teknolojiler ne kadar ileriyse o kadar çok transistoru yonga paketine sığdırabilmek mümkün oluyor. Ayrıca bu yongalar daha az güç harcıyor ve daha az ısınıyor. Doğal olarak bu özellikteki yongaları yüksek frekansta çalıştırarak işlem performansını da artırıyorsunuz. Ayrıca yongaların tasarımı, işlemcilerin ısı üretme ve yüksek saat hızlarında tutarlı çalışabilmelerini etkiliyor. Yonga üretiminde kullanılan yöntem aynı tasarıma sahip iki yongadan birinin diğerine göre daha hızlı olabilmesini sağlıyor.Daha küçük transistorlara sahip yongalar (mesela işlemciler), ürettiği ısıyı daha iyi dağıtabiliyorlar. Küçük transistorlara sahip yongalar daha düşük voltaj ve yüksek frekansla nispeten yüksek işlem döngülerine ulaşabiliyor. Alternatif yonga üretimi teknikleri



Yongalara bakır bağlantıların kullanımı alüminyuma göre daha iyi sonuç vererek sınırların biraz daha zorlanabilmesini sağlıyor.Önderliğini IBM firmasının yaptığı yalıtımlı silikon SOI (Silicon On Insulation) uygulaması yongalara %20 gibi olası bir performans artışını getiriyor.Mevcut yonga basım sistemlerinin değiştirmeden SOI %u2019nin sağlayacağı ek performans yonga üreticilerinin dikkatini çekti.

Diğer yandan Intel %u2018in Moore Yasası %u2018nı devam ettirmek ve başka alanlara yaymak için yeni silikon teknolojileri ve malzemeler üzerinde gerçekleştirdiği araştırma ve geliştirme çalışmaları arasında; Aşırı Morötesi Litografisi (Extreme Ultraviolet lithography), gerilmeli silikon (strained silicon) yeni transistor dielektrik teknolojileri gibi yenilikler bulunuyor. Intel %u2018in gelecek on yılın ikinci yarısında üretmeyi planladığı yüksek hızlı Terahetz transistorlar üzerindeki araştırma projeleri, yüksek performanslı , düzlemsel olmayan, üç geçetli deneysel CMOS transistorlar üzerine odaklanmış durumda. Bu tür bir farklı transistor yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yerine üç boyutlu bir mimari kullanılması, transistor geçitlerini yüzey alanını arttıracak. Bu da performansı yükselterek yüksek hızlı işlemcilerin yapılmasına olanak tanıyacak. Üretim tekniklerinin değişmesine rağmen gerçekleştirilmesi gereken transistor boyutlarının mümkün olduğunca küçültülmesi.



Nedir Moore Yasası?

1965 yılında ntel %u2018in kurucularından olan Gordon Moore %u2018un ortaya attığı Moore yasasına göre işlemcilerdeki transistor sayısı 18 ayda bir ikiye katlanır.Moore, bu yasanın sonraki on yıl boyunca geçerliliğini koruyacağını tahmin etmişti ama Intel bu yasayı günümüze kadar çiğnemeden devam ettirmeyi başardı.



Atomlar ve nano teknoloji

Doğanın temel taşını oluşturan atomların gözle görülemeyecek kadar küçük olduğunu hepimiz biliyoruz. Bu atomların dizilişleri sonucunda farklı tür malzemeler meydana gelmekte. Örneğin, eğer kömür atomlarının sıralanışı değiştirilebilseydi elmas bile elde edilebilirdi.Günümüzde moleküler düzeyde üretim yöntemleri açısından çok da ileri bir durumda olmadığımızı rahatlıkla söyleyebiliriz.Günlük yaşamın çoğu alanında yapabildiğimiz işlemler, öğütme, ezme ve ısıtma gibi yöntemlerle maddeleri şekillendirmek.

Georgia Tech Üniversitesi profesörlerinden Ralph C. Merkle %u2018in günümüzdeki işleme teknolojisi ile çok güzel bir benzetmesi var: %u201CŞu anda gerçekleştirebildiğimiz işlemler, elerinde boks eldivenleri olan bir kişinin lego oyuncaklar ile bir şeyler yapmasına benzetilebilir.Bu küçük lego parçalarının kullanarak bir şeyler yapabilirsiniz, ama yaptıklarınız oldukça kaba bir halde olur.Halbuki bu parçaları hassas bir şekilde bir araya getirebilirsek çok daha hızlı bir biçimde daha hassas ürünler ortaya çıkabiliriz. İşte bu noktada nano teknoloji devreye giriyor.Nano teknoloji sayesinde bu eldivenleri çıkarma imkanına sahip olacağız.Doğanın temel taşlarını oluşturan atomları ucuz bir biçimde ve kolayca düzenleyebileceğiz. Bu şekilde üretilen ürünler daha dayanıklı, daha hafif ve daha hassa özelliklerle donatılmış olacak.%u201D



Nano teknoloji nedir?

Nano teknoloji, atomların tek tek kullanılarak, yalnızca çalışabilen değil, iş gören, makro, dünyada olmayan niteliklere sahip aygıtların üretilmesi ve kullanılmasını amaçlayan bir alan.Türkçe %u2018ye %u2018moleküler üretim%u2019 diye çevrilebilecek nano teknoloji kavramı, son yıllarda çokça adından söz ettirmekte. Bir nanometre, milimetrenin milyonda biri. Bir başka ifadeyle, insan saçının çapının yüzde binde biri nanometreye denk geliyor.Nano değeri, maddenin atomdan önceki son basamağını gösteriyor. Nanometre terimi, antik Yunanca %u2018da %u2018cüce%u2019 anlamına gelen %u2018nano%u2019 kökünden geliyor.Nano teknolojinin bir başka tanımıysa, üretilmek istenen maddenin, atomlarından başlayarak yapılması. Kavramı ilk defa dile getiren Amerika Birleşik Devlerin %u2018den Eric Drexler %u2018dir.Nano teknoloji üzerine yoğunlaşan Foresight Enstitüsü %u2018nin kurucusu plan Drexler, ünlü MIT laboratuarındaki eğitimi sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler yapılabileceğini önermiş, nano teknoloji kavramını ortaya atan kişi olmuştur