IEEE‘nin (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) Elektron Cihazları Topluluğu, 2022-23 döneminde tarihin en önemli icatlarından biri olan transistörün 75. yıl dönümünü kutluyor.[1]
20.yüzyılın en önemli icatlarından birisi olan Transistör [2] olmasaydı, bugün kullandığımız teknolojiler olmazdı ve dolayısıyla bugün bildiğimiz dünyada yaşıyor olmazdık. Birkaç yıl sonra geliştirilen heterojunction yarı iletken lazerle birlikte, bu iki cihaz, modern dünyanın işleyişini sağlayan hemen hemen her şeyi mümkün kılıyor.
Vakum Tüpü Yerine Yarı İletkenler
Transistörün icat edildiği Bell Telefon Laboratuvarları, dünyanın iletişim teknolojilerine odaklanan en büyük araştırma laboratuvarıydı. Proje, Bell Labs yönetiminin, vakum tüplü anahtarlama ve amplifikasyon cihazlarının yerini alacak bir yarı iletken katı hal cihazının geliştirilmesine yatırım yapmaya karar vermesiyle ortaya çıktı. Bell Labs’ın finansmanı, uzun vadeli bir ABD özel telefon tekeli olan AT&T’den geliyordu ve bu sayede Laboratuvar yüksek riskli, uzun vadeli araştırma projelerini destekleyebiliyordu.
Bu projenin önemli bir itici gücü, AT&T ağı boyunca yaygın olarak kullanılan vakum tüplü cihazların zayıf güvenilirliğiydi. Bu cihazların güvenilir katı hal cihazlarıyla değiştirilmesi, büyük bir maliyet düşürme fırsatı olarak görülüyordu.
Bu proje bir keşif projesi olarak başladı ve üç seçkin bilim insanına görev verildi: Walter Brattain ve John Bardeen deneyimli testcilerdi ve William Shockley parlak bir teorisyendi.
16 Aralık 1947’de Bardeen ve Brattain buluşlarını gösterdiler: vakum tüplü bir cihazınkine benzer anahtarlama ve amplifikasyon özellikleri gösteren metal nokta temaslı küçük bir germanyum çipi.
Bu nokta temaslı transistör doğru parametreleri gösterse de, kırılgan ve pratik değildi. Transistörü pratik hale getirmek için başka bir icat daha aldı. Bu, ilk olarak Ocak 1948’de gösterilen ve transistörün pratik başlangıcını işaret eden bağlantı transistörünü icat eden Shockley’in katkısıydı.
Her üç bilim insanı da 1956’da Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.
Bu üçü arasında Shockley’in katkısı çok önemli. Yarı iletken cihazların fiziği ile ilgili teorik çalışması, birçok uygulamanın gerçekleştirilmelerine yol açtı. Bunların arasında mikrodalga ve ışık algılama ve modern elektronik sistemlerin temeli olan yeni transistör yapıları sayılabilir. Scokley daha sonra Intel’i kuracak bilim adamları ile birlikte yarı iletken cihazları ticarileştirmek için bir şirket kurdu.
Transistörün buluşu dünya çapında ilgi gördü ve AT&T fikri mülkiyeti çok uygun koşullar altında küresel olarak lisansladı ve muazzam bir ürün geliştirme düzeyi sağladı. Bu ticari faaliyetin ön saflarında, diğerleri arasında RCA, Motorola ve Philips’i içeren büyük vakumlu tüp üreticileri vardı.
Çeşitli AT&T birimleri büyük katkılar sağlamaya devam ederken, diğer şirketlerin katkıları ticari satışlardan kaynaklandığı için daha büyüktü. AT&T kendi kullanımı için ürünler üretirken, yasal olarak ekipman satmasına izin verilmedi, sadece telefon ve iletişim hizmetleri sağladı.
1950’lerde, taşınabilir radyolar ve bilgi işlem cihazları gibi uygulamalarda germanyum kullanan ticari transistörler ortaya çıktı. Bazıları devre oluşturmak için binlerce transistör kullanan çok maliyetli sistemlerdi. Önemli askeri bilgisayarlar öncülerdi. ABD Atlas kıtalararası füzesinin kontrol bilgisayarı, 1950’lerin sonlarında Burroughs Corporation tarafından inşa edilen en büyük bilgisayardı.
Silikon Dönemi
Germanyum transistörler gerçekten çok kullanışlı olsa da, uygulamalarını sınırlayan performans sorunları vardı. 1960’larda iki gelişme, gelecekteki dramatik maliyet düşüşleri ve performans iyileştirmeleri için zemin hazırladı.
Birincisi, germanyumun yerini alacak silikon yarı iletken teknolojisinin geliştirilmesi, ikincisi ise entegre devrenin geliştirilmesiydi. Silikon olmadan entegre devreler mümkün olmazdı. Silisyum üzerindeki temel çalışma Bell Laboratuarlarında yapıldı. Ancak cihazlardaki sonraki büyük ilerlemeler, sektöre giren diğer kuruluşlardan geldi.
Intel, mevcut cihaz ve bilgi işlem sistemi teknolojimiz için zemin hazırlayan tümleşik devreye öncülük etti. Entegre devre, silikonun içine yerleştirilmiş ve silikon dilim üzerinde birbirine bağlanan transistörleri içeriyordu. Bu, devreleri oluşturmak için tek tek transistörlerin maliyetli ara bağlantılarının yerini aldı ve böylece maliyetleri büyük ölçüde azalttı.
Bir sistemin bilgisayar gücü, transistör sayısının ve anahtarlama hızlarının bir fonksiyonudur. Düşen maliyetlerde transistör yoğunluğunu artırma sorunu, entegre devre ile çözüldü.
İlk entegre devreler az sayıda transistör içeriyordu. Bugün, üretimde transistör boyutlarını küçültme ve anahtarlamalı ısı üretimini kontrol etme yeteneği nedeniyle, milyarlarca transistör 1960’ların çipiyle aynı boyutta bir çip üzerinde birbirine bağlıdır.
Moore Yasası, transistör boyutlarının atomik boyutlara yaklaştığı noktaya kadar her iki yılda bir ikiye katlanan transistör çip yoğunluğu ile bilgi işlem gücünün tarihsel artışını tanımlar.
Bu tür artan çip yoğunlukları, 1970’lerde RCA Labs, CMOS’ta (tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenleri) başka bir gelişme olmadan mümkün olmazdı. Bu buluş, yeni transistör ara bağlantı düzenleri ile anahtarlama devreleri tarafından üretilen ısının önemli ölçüde azaltılmasını mümkün kılmıştır.
CMOS, her zamankinden daha yoğun entegre devreleri mümkün kılan evrensel çip teknolojisi haline geldi. Örneğin, tipik bir akıllı telefon, 1970’lerin ana bilgisayar bilgisayarının transistör yoğunluğuna ve bilgi işlem gücüne sahiptir.
Transistörün dikkate değer tarihi, insan dehasının, yenilikler için fon sağlayan serbest bir ekonomide ticari amaçlar için dizginlendiği bir teknoloji dünyasında neler yapılabileceğinin kanıtıdır. Hiçbir zaman programları dikte eden veya yatırımları kontrol eden ulusal bir otorite olmadı.
Pazar çok rekabetçiydi ve hâlâ da öyle. Yeni yarı iletken ürünleri ticarileştirmek için risk sermayeli binlerce şirket kuruldu. İnternet trafiği yönetiminde kullanılan bellekle birlikte birden çok bilgi işlem işlemcisini içeren bir başka öncü çip.
Günümüzde çiplere ihtiyaç eskisinden daha fazla. Artık kullanılmadıkları alan hemen hemen yok.
[1] 75th Anniversary of the Transistor
[2] Transistörler
Kaynak : 