Elektronik çağı, 1947 yılında silikon bazlı yarı iletken teknoloji kullanılarak keşfedilen, transistörün ile başladı. Günümüzde kullandığımız elektronik cihazların temel elemanı transistörler, elektronikte bir devrim olarak nitelendirilebilir. Özellikle nanoteknoloji sayesinde, kullanılan elektronik devrelerin boyutları küçülmüş, silikon tabanlı cihazların performansı son yıllarda oldukça artmıştır.
Uzun yıllar beri silikon tabanlı elektronik devreler kullanılıyor olmasına rağmen, malzeme biliminde ve nanoteknolojideki son gelişmeler, geleneksel silikon odaklı teknolojilere alternatif eğilimlerin ortaya çıkmasını sağladı.
Günümüzde, elektronik devrelerin geleneksel yapılarına ek olarak, alternatif teknolojiler de denenmeye başlamış durumda. Bu haftaki yazımda, elektronikteki yeni eğilimlerden bahsedeceğim.
2-D Elektroniği
2010 yılında Andre Geim ve Konstantin Novoselov’ın karbonun yapısal bir varyantı olan Grafen’in keşfedilmesi ile yaptıkları çığır açan deneyleri, İsveç Kraliyet Bilimleri Akademisi tarafından Nobel Fizik Ödülü layık görüldü.
Grafen, o güne kadar test edilen en güçlü ve sert malzemeydi. Grafen’in iki boyutta altıgen karbon kafesler şeklinde dizilimi, atomik boyutlarındaki tabakaları, elektriği ve ısıyı iletmedeki başarısı ve aynı zamanda esnekliği ve dayanıklılığı oldukça dikkat çekti. Bazı bilim insanları Grafeni, 2D devrimi olarak ifade ettiler. Özellikle Samsung ve Apple, Grafen tabanlı devrelerle teknolojiler geliştirmeye başladırlar.
Organik Elektronik
İletken polimerler ve uygulamalarının geliştirilmesi, 2000 yılında Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid ve Hideki Shirakawa’ya Nobel Kimya Ödülü kazandırdı. Bu bilim insanları, plastiğin elektriği iletebildiğini kanıtladılar.
Geleneksel inorganik iletkenler ve yarı iletkenlerin aksine, organik elektronik malzemeler, bazı kimyasal sentezler kullanılarak, organik moleküllerden veya polimerlerden imal edilebildi. Performans ve endüstriyel açıdan bakıldığında, organik moleküller ve polimerler, daha inorganik rakipleri ile rekabet edecek seviyede değiller. Ancak, organik elektroniğin geleneksel elektronik malzemeler karşısında bazı avantajları bulunuyor. Düşük üretim maliyeti, mekanik esnekliği, sentez süreçleri, organik devrelerin bazı uygulamalarda tercih edilmesine sebep oluyor. Kavisli televizyon ekranları, akıllı telefon ekranları, renkli ışık kaynakları ve taşınabilir solar güneş hücreleri, organik yarı iletkenler ile yapılabiliyor. Piyasadaki mevcut yüksek teknoloji ürünler, organik elektronik kullanılarak geliştirilebiliyor.
Memristorler
Mevcut transistörlerde elektron akışından yararlanılırken, Memristor çiftlerinde, iyonlar veya elektrik yüklü atomlar kullanılıyor. Elektron akışı kesildiğinde, transistörlerdeki bütün bilgi kayboluyorken, Memristorlerde, güç kapalıyken bile bilgi depolanabiliyor.
Memristorler, elektronik devrelerde daha güvenli ve daha verimli bilgi depolanmasının önünü açmış durumda. Devrede güç kapalı bile olsa, bilginin kaybı söz konusu olmamakta. Memristorler özellikle bilgisayarların kapanmasından sonra açıldığında, çok kısa sürede iş yapacak hale gelmesinde etkin rol oynayabiliyor.
Hewlett Packard, memristor teknolojisi temelli, yeni bir bilgisayar modeli üzerinde çalışmalar yapmakta. Firma, 2020’ye kadar ürünü piyasaya sürmeyi planlıyor.
Spintronics
Spintronik, bilgi işlemek için “elektron spini” parçacıkları kullanılması temelinde çalışır. Spintronik teknolojisi, şimdiye kadar özellikle sabit diskler, spin tabanlı transistörler gibi cihazlar ile bilgi depolama amaçlı testlerde kullanıldı. Özellikle dijital elektronik konusunda oldukça unut veriyor. Bu teknolojide, yüksek hızlarda veri transferi ve daha büyük oranlarda veri depolama mümkün olmakta.
Moleküler Elektronik
Moleküler teknolojiyi çok küçük alanlarda tek moleküllü devreler veya tek moleküllü gruplar kullanan nanoteknolojik yapılar olarak tanımlayabiliriz. Bu teknoloji, organik elektronik devreler ile örtüşen özelliklere sahip. Moleküler boyutta, nano ölçekli, tek moleküllü devreler, moleküler elektroniğin çalışma sahasına giriyor. Elektronik devrelerin boyutlarının küçülmesi, devrenin hassasiyetini ve performansını artırırken, güç tüketiminide azaltıyor.
Sadece birkaç molekülden oluşan elektronik devreler kullanılarak, moleküler teller, tek-moleküllü transistörler ve doğrultucular geliştirilebiliyor. Bu teknoloji daha gelişim aşamasında olup, teorik olarak bulunan cihazlar daha laboratuvar aşamasındadır.
