Nanoteknoloji

Nanoteknoloji

Chip'in Atomunu Yoklamak Bakteri boyutlarında bir bilgisayar tasarlayabiliyor musunuz? Bilim adamları ve endüstri harıl harıl bu konu üzerinde çalışıyor, ilk ve en büyük sorun, istenildiği biçimde İşleyecek minichip üretiminde yatıyor.

dünyasına yönelik araştırmalarda elini çabuk tutması gerekiyor. Çünkü onyıl-lardır Intel'in eski şefi Gordon Mo-ore'un, "iki yılda bir chip üzerindeki devre elemanlarının adedinin ve hızının ikiye katlanacağı" yönündeki tahmini geçerliliğini sürdürüyor. Moore Yasası nın geçerliliğini sürdürmesi ancak minyatürleşmenin daha da ileriye vardırılmasıyla mümkün. Buradaki sorun, günümüzde bilgisayar chip'lerinde bulunan 100 nano-metrenin çok az üstünde bir uzunluktaki transistorların, üreticisinin kendilerini geleneksel bir ışık mikroskobuyla göremeyeceği, dolayısıyla da olası hataların farkına varamayacağı denli küçük olmaları. Modern İşlemciler üzerinde yalnızca bir santimetrekare-lik bir alanda bu transistörlerin 20 milyondan fazlası bulunuyor. Bu elekt-

ronik devreler, içlerine kasıtlı olarak yabancı atomların yerleştirildiği silisyum gibi yarıiletken malzemelerden ibaret. "Kirlenme" (yabancı atomlar) derecesi elektronik özellikleri belirli-yor. Yapı elemanları küçüldükçe, yarıiletken malzemelere yabancı atomlar yerleştirilmesi İşinin yönetimi ve denetimi de aynı oranda güçleşiyor. Günümüzdeki ve gelecekteki bilgisayar chip'lerinin elektronik cücelerini inceleyebilmek İçin, artık nanodünya kökenli mikroskop (ya) lama yöntemleri gerekiyor. Nanochipler: Yeni teknikle atomu yoklamak Wiesendanger bu alandaki uzmanlardan biri. Onun yönetiminde Hamburg Mİkroyapılar Araştırma Merkezi, na-

• Bilgisayar chip'ieri gitgide daha küçük, daha hızlı ve üretimi daha güç bir hal alıyor, iletken yollardan daha fazla performans elde edebilmek için, araştırmacılar şu sıralar yapılabilir olanın sınırlarındaki bir mikrokosmosa yöneliyor. Bu çalışmalar sırasında çok geçmeden, bugünün tekniğiyle işlemciler üzerindeki yapıların artık daha fazla küçültülemeyeceği noktasına ulaşılıyor. Yine de mikrotekniğin öncülerinden Roland Wİesendanger'e göre "mikro-elektronik, 100 nanometre altındaki yapıların söz konusu olduğu nano-elektroniğe geçiş aşamasında bulunuyor." Bir saç kılı çapının onbinde biri olarak tasarlanabilecek bir nanometre, milimetrenin milyonda biri. Branşın eski bir ilkesini ayakta tutabilmek için, endüstrinin en küçükler

Nanoteknoloji

"Bilgisayar chipleriyle bir pikapta temas sağlıyoruz, Ancak iğnenin nano sonda alıyor," Hamburg Mikroyapılar Araştırma Merkezî'nden Roland Wiesendanger

ü

En ince yerinde 10 nanometre kalınlığa ulaşan narin sonda, yüzeyi bir kör bastonu gibi nokta nokta, satır satır yokluyor. Optik bir mikroskop karşısında bu tip bîr mikroskobun sağladığı avantaj, bir yüzeyin yalnızca üç boyutlu bir resmini oluşturmakla kalmayıp, İletkenlik ve manyetİzm gibi özellikleri de ölçebilmesi. Böylelikle yarıiletken yapı elemanlarındaki yabancı atomlar da belirlenebiliyor. Ölçüm yöntemi artık, şimdiye kadar bu boyutlardaki elemanlarda olanaklı olmayan bir biçimde, kullanıcısına bir üretim hatası olup olmadığım ve eğer varsa nerede olduğunu kesinlikle saptama olanağı sunacak ölçüde güvenli. Infineon kendi tram kapasitesi mikroskobuna sahip ilk İşletme ve bu alanda öncü sayılıyor. "Tram kapasitesi mikroskobuyla henüz atomar bir çözünürlüğe ulaşabilmiş değiliz. Şu anda en iyi koşullarda beş nanometre, ortalama ise on nanometre civarındayız" diyerek mucizevi aletin yeteneklerinin sınırını çiziyor

nometre skalasında yer alan transis-törler gibi elektronik yapı elemanlarının gelişimini ilerletmek İçİna sürdürülen Avrupa çapında bir araştırma projesine katılıyor. Merkez chip üreticisi Infineon ile birlikte, yarıiletkenlerin yapısını ve içlerine yabancı atomların yerleştirilmesini "mümkün mertebe atom düzeyine kadar yoklayacak" yolları araştırıyor. Şimdiye kadar "tram kapasitesi mikroskobu" ile yarıiletkenlere yerleştirilen yabancı atomları birkaç nanomet-relik bir sapmayla saptamayı başarmış durumdalar. Sonda mikroskoplar: Kör bastonu gibi yoklama Bu özel mikroskop, tram sonda mikroskobunun bir türü. Bu küçük aletleri "Wiesendanger bir pikap ile karşılaştırıyor, ama farklılığa da işaret ederek: "Burada elmas iğnenin yerini keskin bir sonda uç alıyor. Böylelikle yalnızca yüzeylerin özellikleri değil, elektronik özellikler de yansıtılıyor."

Hamburg Araştırma Merkezî basın sözcüsü Klaus Schöpe. Bilim adamlarının hedefi atomar boyutlara kadar ilerlemek ve yöntemi endüstri için basitleştirmek. Yeni aletlerin yanı sıra, bir nanobil-gİsayar kökten yeni bir tasarıma da gereksiniyor. Gerçi gerekli mikroskoplar yakın zaman içinde kullanıma hazır olacak, ancak Amerikan "Wired" dergisinin bir anketine göre çoğu bilim adamı yakın zaman içinde bir nanobil-gisayar beklemiyor. Silikat Araştırmaları Frauenhofer Enstitüsü (Würz-burg) üyesi Dr. Ruth Houbertz-Kraub büyük çapta Amerikalı meslektaşlarıyla hemfikir: "Bir bilgisayar chip'lerden ve birçok başka bileşenlerden ibaret zeki bir sistem. Bunların hepsi bir nanometre boyutunda herhalde varola-mayacaktır." Ancak şunu eklemeden de edemiyor: "Pratiğin gösterdiğine göre, başka bir sonuç elde etmek için planlı çalışılmışsa da, rastlantı bazen şaşırtıcı sonuçlar doğurabiliyor." Ruth Houbertz-Kraub'un yakından tanıdığı bir durum bu: Kendisi 1986 yılındaki ilk tram tüneli mikroskobunun yapımına katılmış ve 14 yıldır da tram sondası alanında çalışıyor. Start çizgisinde: Kuvantum bilgisayarı için mikroskoplar Wiesendanger'in geleceğe bakışı iyimser, beş nanometrelİk sihirli çözünürlük sınırının yakın zamanda altına ini-leceğİni umuyor. Umudunu şaşırtıcı işler başaran tram tüneli mikroskoplarına bağlamış: "Tram tüneli mikroskobuyla tek tek atomları çözümleyebiliriz. Aynı şekilde, kuvantum yapılı elemanların geliştirilmesinde belirleyici bîr rol oynayan, nano yapı elemanlarındaki baskın kuvantum efektlerini de doğrudan inceleyebiliriz." Demek ki bakteri boyutlarında PC yapılabilir, bazı sınırlılıklarla birlikte: Örneğin, insanın kalın parmaklarına uyumlu kaba klavyelerin daha da küçültülmesi düşünülemez. KK/GafoAntikacıogiulagafo@clıip.com.t[)

Nanochipler: Hataların İzinde

Sağlam iletken yol: Şekil bir ıram kapasitesi mikroskobu yardımıyla kaydedildi. Şekil silisyumdan bir transistorun hatasız bir numunesini gösteriyor. İki katman tipi saptamak olanaklı: Katmanlardan biri sol tarafında karanlık, diğeri sağ tarafında aydınlık olarak beliriyor. Dikey şeritler üzerinde resmin tam ortasında iki katman buluşuyor.

Bozuk iletken yol: Karşılaştırma amaçlı olarak burada bozuk bir transistor numunesi kaydedildi. Değişiklik bir tram kapasitesi mikroskobu yardımıyla kolaylıkla keşfedebiliyor. Ortadaki şerit kaybolmuş durumda; yalnızca bir mikrometre boyutunda çok küçük bir fark. Bu fark optik bir mikroskobun sunduğu geleneksel bir resim ile ortaya çıkarılamazdı.

ŞUBAT 2001 CHIP 247