Yarı iletkenler konusunda şu anda malzemeler, cihazlar, yatırımlar vb. hakkında çok şey konuşuyoruz. Her konunun farklı bir odak noktası var. Malzemeler, üçüncü nesil geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerden başka bir şey değil; cihazlar ise daha önce bahsettiğimiz gibi, ağırlıklı olarak geniş bant aralıklı malzemelere dayalı MOS, HEML vb. cihazlardır; yatırım, sektör trendleri, şirket bilgileri, borsa vb. detaylara girmeyeceğim. Bugün yarı iletken endüstrisinin tarihçesinden ve kökenlerinden bahsedeceğiz.    
           

Vakum triyotları "sorun çıkarıyor"

Vakum triyodundan bahsetmişken, 1906 yılında Lee Deforest tarafından icat edilen bu cihaz, radyo ve televizyon gibi tüketici elektroniği ürünlerinin mümkün olmasını sağladı. Ayrıca dünyanın ilk elektronik bilgisayarının da beyniydi. Yaklaşık 140 metrekarelik bir alanı kaplıyor ve 30 ton ağırlığındaydı. Yaklaşık 19,000 vakum tüpü ve binlerce direnç ve kapasitör kullanıyordu. Vakum triyodu, camla kapatılmış bir alanda, ızgara ve ızgara ile ayrılmış iki elektrottan oluşur. Kapalı alanın içi vakumdur; bu da bileşenlerin yanmasını önler ve elektronların serbest hareketini kolaylaştırır.  
   
İki temel işlevi vardır: anahtarlama ve yükseltme. Anahtarlama, akımı açıp kapatmayı ifade ederken, yükseltme ise sinyalin orijinal karakteristik fonksiyonlarını koruyarak akımı veya küçük sinyalleri yükseltmeyi ifade eder. Bununla birlikte, büyük boyut, kolay bağlantı gevşemesi, kısa ömür ve hızlı yaşlanma gibi bir dizi dezavantajı da vardır.  
Bu eksiklikler dizisi, kaçınılmaz olarak geliştirilmesine veya değiştirilmesine yol açtı. 1949'da Bell Labs'tan John Bardeen, Walter Brattin ve William Shockley kardeşler (William Shockley), yarı iletken malzeme germanyumdan yapılmış elektronik yükselteci icat ettiler; bu, ilk nesil transistördü (bu üç bilim insanı 1956 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı). Transistör başlangıçta "iletim direnci" olarak adlandırıldı ve daha sonra transistör olarak yeniden adlandırıldı.  
   
Bu tür transistörler, vakum tüplerinin işlevlerini içerir ve katı haldedir, vakum içermez; küçük boyut, hafiflik, düşük güç tüketimi ve uzun ömür gibi avantajlara sahiptir. O zamandan beri, bugüne kadar en çok gördüğümüz "katı hal çağına" girmiş bulunuyoruz.  
İlk transistörden günümüzdeki birçok güç elektroniği cihazına kadar olan gelişim, güç elektroniği teknolojisinde hızlı bir gelişmeye yol açmıştır. Bu cihazlar genellikle ayrık cihazlar olarak adlandırılır, yani her çip yalnızca bir bileşen içerir. Daha önce bahsetmediğimiz bir diğer yarı iletkenle ilgili cihaz ise entegre devrelerdir.      
       

Entegre devre

Entegre devre, transistörleri, dirençleri, kapasitörleri, indüktörleri ve bir devrede gerekli olan diğer bileşenleri ve kabloları belirli bir işlem kullanarak birbirine bağlayan ve daha sonra gerekli devre fonksiyonlarına sahip bir mikro yapı oluşturmak üzere bir tüp kabuğu içine yerleştiren bir mikro elektronik cihazdır.  
İlk entegre devre, Texas Instruments'tan Jack Kilby tarafından icat edildi, ancak bu günümüzdeki entegre devre biçiminde değildi.  
Başlangıçta ayrı tellerle bağlanıyordu, ancak daha önce Fairchild Camera'dan Jean Horni, silikonun yalıtkan silikon oksit oluşturma kolaylığından yararlanarak, transistörler yapmak için çip yüzeyinde elektronik bağlantılar oluşturan düzlemsel bir üretim süreci geliştirmişti. Robert Noyce daha sonra bu teknolojiyi silikon yüzeyinde önceden oluşturulmuş ayrı cihazları bağlamak için uyguladı ve sonunda tüm entegre devreler tarafından kullanılan deseni oluşturdu.  
         

İşçilik ve Trendler

1947'den beri yarı iletken endüstrisi teknolojik olarak gelişmeye ve ilerlemeye başladı ve bu gelişme bugün de devam ediyor. Süreç iyileştirmeleri iki kategoriye ayrılabilir: süreç ve yapı.  
Süreç iyileştirme: Cihaz ve devrelerin daha küçük boyutlarda üretilmesi, böylece daha yüksek yoğunluk, daha büyük miktarlarda ve daha yüksek güvenilirlik elde edilmesi.  
Yapısal iyileştirmeler: Yeni cihaz tasarımlarındaki buluşlar, daha iyi performans, daha iyi enerji tüketimi kontrolü ve daha yüksek güvenilirlik sağlıyor.  
Bu iki iyileştirmenin getirdiği etkiler, IGBT'nin çeşitli nesillerinin gelişim geçmişinden iyi anlaşılabilir. Elbette, daha önce bahsettiğimiz ekipman sürecindeki bazı kusurlar gibi birçok faktör, süreç iyileştirmelerine bağlanabilir.  
Entegre devrelerdeki cihazların boyutu ve sayısı, entegre devre gelişiminin iki yaygın işaretidir. Cihazın boyutu, tasarımda en küçük boyutla ifade edilir ve buna özellik deseni boyutu diyoruz. Küçük ölçekli entegre devrelerden günümüzün milyonlarca çipine kadar olan gelişim, fotolitografi makine desenleme işlemi ve çok katmanlı kablolama teknolojisindeki büyük gelişmelerden faydalanarak tek bir bileşenin özellik deseni boyutunun küçültülmesinden yararlanmıştır. Bu, günümüzde 22nm, 10nm veya hatta 7nm gibi çipler için de çokça tartışılmaktadır. Daha profesyonel bir ifade ise kapı genişliğidir; yani kapının bir bölümünün genişliğini kontrol ediyoruz. Daha küçük ve daha hızlı transistörler ve daha yüksek yoğunluklu devreler, daha küçük kapı genişliklerinden faydalanır. Bundan bahsetmişken, bir süre önce sıkça gördüğüm "Moore Yasası" teriminden de bahsetmeliyim. Intel'in kurucularından Gordon Moore, 1965 yılında bir çip üzerindeki transistör sayısının her 18 ayda bir ikiye katlanacağını öngörmüştü. Yıllarca süren gerçek doğrulamaların ardından, bu oran nispeten doğrudur ve gelecekte çipler üzerindeki transistör yoğunluğunu tahmin etmenin temelini oluşturmuştur. Devredeki cihaz sayısına, yani entegrasyon seviyesine göre, bunu birkaç seviyeye ayırabiliriz: küçük ölçekli entegrasyon (SSI): 2~50 adet/çip; orta ölçekli entegrasyon (MSI): 50~5000 adet/çip; büyük ölçekli entegrasyon (LSI): 5000~100000 adet/çip; çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI): 100000~1000000 adet/çip; çok büyük ölçekli entegrasyon (ULSI): >1000000 adet/çip.  
Moore Yasası zaman içinde sınırsız bir şekilde gelişmez. Esas olarak yarı iletken malzemelerin ve üretim yöntemlerinin sınırlamalarıyla kısıtlanır. Bu nedenle, yarı iletken malzeme silikonun sınırına yaklaştığına dair haberler duyacağız. Bu yüzden yeni malzemeler geliştirmek ve ekipman ile tasarımı sürekli olarak iyileştirmek gereklidir.  
         

Çip ve gofret boyutu

Hepimiz biliyoruz ki çipler, silikon veya diğer yarı iletken malzemelerden yapılmış, wafer adı verilen ince levhalar üzerine üretilir.  
 
Dairesel bir plaka üzerine dikdörtgen bir çip üretmek, plakanın kenarında kullanılamaz bir alanın kalmasına neden olur. Çip boyutu büyüdükçe, bu kullanılamaz alanlar da büyür; bu nedenle, çip boyutunu "gizlice küçültmek" ve aynı zamanda üretim verimliliğini ve çıktısını artırmak amacıyla, giderek daha büyük boyutlu plakalar kullanılmaya başlanmıştır. Plakanın 6 inçten 8 inçe ve şimdi de 12 inçe çıkmasının nedenlerinden biri de budur.  
Günümüzde çip boyutları giderek küçülüyor, maliyetler giderek düşüyor ve performans giderek artıyor. Bu durum, yukarıda bahsettiğimiz süreç iyileştirmeleri ve ekipman geliştirmelerinden kaynaklanıyor ve bu da yarı iletken endüstrisinde giderek daha şiddetli bir rekabete yol açıyor.  
Şu an için kabaca üç tür üretici var: Entegre cihaz üreticileri (IDM): tasarım, üretim, paketleme ve satışı entegre edenler; Dökümhaneler: diğer çip tedarikçileri çipleri üretiyor; Fabless (Çipsiz Üretim): sadece çip tasarımı ve satışından sorumlu olup, diğer aşamaların çoğu dış kaynaklıdır. Elbette, iç içe geçmiş başka modeller de var. Aynı zamanda, yarı iletkenlerin yerelleştirilmesi, giderek daha fazla yerli yarı iletken üreticisine ve daha fazla kurumsal modele yol açmıştır.  
         

sonunda yaz

Şimdilik, yarı iletken endüstrisinin yerelleştirilmesi bir trend ve bu sadece yerli şirketlerin sayısına değil, aynı zamanda bu çalkantılı ortamda kaç şirketin hayatta kalabileceğine de bağlı. Kısacası, eğer rüzgara ve dalgalara karşı koyacak zamanınız varsa, yelkenlerinizi açın ve denizi aşın!