Elektronik tasarımda grafen tabanlı bağlantılar, yarı iletken sektöründe Moore Yasası’nın ömrünü uzatmayı vaat eden bir yenilik olarak dikkat çekiyor.
Açılır Dipnot1 (Tıklayın): Moore Yasası Nedir?
Moore Yasası, 1965 yılında Intel’in kurucularından Gordon Moore tarafından ortaya atılmış bir gözlemdir. Bu yasa, bir çip üzerindeki transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıkacağını ve böylece çiplerin işlem gücünün düzenli olarak artacağını öngörür.
Moore Yasası, teknolojik ilerlemenin hızını belirleyen bir ölçüt olarak kabul edilir ve elektronik cihazların daha güçlü, daha hızlı ve daha ucuz hale gelmesini sağlayan yarı iletken sektöründeki yeniliklere rehberlik etmiştir. Ancak, fiziksel sınırlamalar nedeniyle bu yasayı sürdürmek günümüzde giderek zorlaşmaktadır.
Yarı iletken sektörü, yıllardır teknolojik ilerlemenin temel göstergesi olarak kabul edilen Moore Yasası’nın sürdürülebilirliğini sağlamak için büyük çaba sarf ediyor. Ancak, çiplerdeki transistör yoğunluğunu artırma hedefi, transistörlerin ve bağlantı hatlarının küçültülmesi esnasında ortaya çıkan fiziksel sınırlamalar nedeniyle giderek daha zor hale geliyor. Özellikle, bağlantı hatlarının küçültülmesi sırasında kullanılan bakırın artan direnci, bu hatların bilgi taşıma kapasitelerini düşürürken enerji tüketimini artırarak sektörü ciddi bir çıkmaza sokuyor.
Bu sorunları aşmak için elektronik sektörü, daha düşük direnç, daha yüksek enerji verimliliği ve yüksek akım taşıma kapasitesi sunan alternatif malzemeler arayışına yönelmiş durumda. Bu noktada grafen, benzersiz elektriksel ve termal iletkenliği ile yarı iletken teknolojilerinde devrim yaratma potansiyeli taşıyor.
Moore Yasası, çip üzerindeki transistör yoğunluğunun yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıkmasını öngörür. Ancak, bu hedefe ulaşmak giderek daha zor hale geliyor. Transistörlerin ve onları bağlayan bağlantı hatlarının küçültülmesi, fiziksel sınırlara dayandı. Özellikle bakır bağlantılar küçüldüğünde, dirençleri hızla artar, bu da bilgi taşıma kapasitelerini azaltırken enerji tüketimlerini yükseltir.
Düşük Sıcaklıkta Grafen Uygulaması
Kaliforniya merkezli Destination 2D adlı girişim, grafen tabanlı bağlantılar için bu iki temel engeli aştığını iddia ediyor. Şirket, grafeni 300 °C gibi düşük sıcaklıklarda çiplere yerleştirme ve grafen katmanlarını doping yaparak bakırdan 100 kat daha yüksek akım yoğunluklarına ulaşma yöntemlerini geliştirdi. Şirketin kurucu ortağı ve CTO’su Kaustav Banerjee, bu yeniliklerin, grafenin CMOS teknolojisinde kullanılmasını ilk kez mümkün kıldığını belirtiyor.
Grafenin ilk olarak 2004 yılında izole edilmesinden bu yana, bu malzemenin potansiyeli bilim dünyasında büyük ilgi uyandırdı. Ancak, geleneksel yöntemlerle grafen üretimi, ölçeklenebilirlik açısından sorunlu oldu. Destination 2D, Banerjee’nin Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara’daki laboratuvarında geliştirilen bir basınç destekli katı faz difüzyon tekniğini kullanıyor. Bu yöntem, çip üzerine yerleştirilen bir metal film ve karbon kaynağı kullanılarak, basınç uygulanmasıyla grafen tabakalarının doğrudan çip üzerine yerleştirilmesini sağlar. Üstelik bu işlem, transistörlere zarar vermeyecek kadar düşük bir sıcaklık olan 300 °C’de gerçekleştirilir.
Grafenin Akım Yoğunluğunu Artırmak
Grafen bağlantılar, çip üzerinde desenlendikten sonra, grafenin direnç seviyesini azaltmak ve akım taşıma kapasitesini artırmak için doping işlemine tabi tutulur. Interkalasyon adı verilen bu teknik, doping atomlarının grafen katmanları arasına yayılmasını sağlar. Demir klorür, brom veya lityum gibi atomlar, grafen katmanlarına elektron aktararak (veya karşıtı elektron boşlukları oluşturarak) daha yüksek akım yoğunlukları sağlar.
Banerjee, interkalasyon kimyasının eski bir konu olduğunu, ancak bunu grafene uygulamanın yenilikçi bir adım olduğunu ifade ediyor. Bu teknik, grafenin boyutları küçüldükçe daha etkili hale gelir. İncelen bağlantılarda interkalasyon işlemi daha verimli çalışır ve bu da grafenin boyutu küçüldükçe akım taşıma kapasitesinin artmasını sağlar.
Moore Yasası İçin Yeni Bir Umut
Grafen tabanlı bağlantılar, yalnızca Moore Yasası’nın ömrünü uzatmakla kalmayıp, yarı iletken teknolojisinin evrimini yeniden şekillendirme potansiyeline sahip bir yenilik olarak öne çıkıyor. Düşük sıcaklıkta üretim kolaylığı, yüksek akım taşıma kapasitesi ve ölçeklenebilir üretim yöntemleri sayesinde Destination 2D’nin geliştirdiği bu teknoloji, sektörde çığır açabilir. Grafenin sınırları zorlayan potansiyelini hayata geçirme yolunda atılan bu cesur adımlar, sadece yarı iletken dünyasında değil, küresel ölçekte teknolojik bir devrimin kapılarını aralayabilir.
Meraklısı için “optoelektronik uygulamalar için grafen kullanımı” makalesi.
