Entegre Nedir ? Entegre Ne Demek ?
Güncelleme 13/12/2021
Entegre ( integrated circuit – IC )
İngilizcede Entegre yerine kullanılan “Chip” ismi, ahşap yongası anlamına gelmektedir. Bu terimin tam olarak Türkçe karşılığı ise “Yonga”dır.
Entegre kelime anlamı olarak bütünleştirmek, bütünleşik gibi anlamlara gelmektedir. Elektronik devrelerde ise çok sayıda devre elemanlarını tek bir devreyi oluşturacak şekilde (ses amfisi, motor sürücü, mikrokontrolcü vs.) tek bir çekirdekte toplayan eleman olarak bilinir.
Entegrelerin maliyetleri düşüktür, entegreye ait tüm bileşenler bir defada bir birim olarak basılır ve ucuza nakledilir.
Entegre devreler, ayrık devrelere göre çok daha az sayıda malzeme kullanır ve daha az güç harcadığından performansları yüksektir.
Entegre devlerinin yüksek başlangıç maliyeti olduğundan dolayı yalnızca yüksek üretim hacimlerinin beklendiği durumlarda üretilmektedir.
1949 yılında Alman mühendis Werner Jacobi, entegre yapısına benzer bir yapı ile sinyal yükseltici devre tasarladı. Ancak bu yapı çok aşamalıydı ve 3 masaya sığıyordu.
12 Eylül 1958’de, Texas Instruments firmasının bir çalışanı olan Jack Kilby, ilk entegre devreyi tanıttı. Böylelikle her bir devre elemanını tek tek birbirine bağlamak yerine, tüm bağlantıları hazır olacak şekilde tek bir devre elemanı kullanılabilecekti.
Kilby’nin üretmiş olduğu entegreler germanyumdan imal ediliyordu. 1959 yılında Fairchild Semiconductor firması çalışanı Robert Noyce tarafından germanyum yerine dünya üzerinde çok daha fazla miktarda bulunan silikon kullanılarak entegrelerin daha kolay üretilebilmesi ve yaygınlaşması sağlandı
Jack Kilby’e Ait Olan İlk Entegre
İlk entegreler birkaç adet transistörden oluşmaktaydı. Bu yapı bile, lojik kapıları gibi bilgisayarların temel yapı taşlarının boyutunun çok daha küçülmesini sağlayabiliyordu.
Bu teknikle üretilen entegreler, en fazla 5 adet transistöre sahip olabiliyordu. Çok daha fazla sayıda devre elemanının entegre edilebilmesi, fotolitografi tekniği sayesinde mümkün olmuştur.
Bu teknikte tabaka halinde bir silikon levha üzeri fotorezist isimli ışığa duyarlı bir malzeme ile kaplanır. Bu kaplama, daha sonra devrenin çizili olduğu bir maskeden geçen ve fotorezistin duyarlı olduğu bir ışık kaynağına maruz bırakılır. Böylelikle maskede belirliten kısımlardaki fotorezistin ışık sayesinde sertleşmesi sağlanır. Daha sonra fotorezistin kaplamadığı alanlar bir kimyasal aracılığıyla çözdürülerek ortadan kaldırılır.
Fotolitografi tekniğinin uygulanışı.
Fotolitografi tekniğinin gelişmesi sayesinde çok küçük alanlara milyarlarca elektronik devre elemanı sığdırabilmek mümkün olmuştur. Günümüzde kullandığımız cep telefonu ve bilgisayar işlemcilerinin bu kadar güçlü olabilmesi bu sayededir.
İlk “entegre” bilgisayar işlemcisi, 1970 yılında üretilen Intel 4004’tür.
Transistörlerdeki gelişim ve mikroişlemcilerin ilerlemesi ile birlikte entegreler de çok daha popüler olmaya başladı.
Entegre devre genel olarak aynı veya farklı çeşit elektronik devre elemanlarının ( transistör , diyot , kapasitör, direnç vb.) bir düzen içerisinde ve bir fonksiyon amacında bir araya getirilmeleriyle oluşan yeni eleman olarak açıklanabilir.
Entegreler 3 sınıf altında incelenir:
1) Yapılarında kullanılan eleman çeşidine göre entegreler
2) Bünyesindeki transistör sayısına göre entegreler
3) Teknolojisine göre entegreler
Resim 1: Çeşitli Entegre Tipleri
Neredeyse her devrede kullanılan entegrelerin, gerilim regülatör bünyesinden mikroişlemcilere kadar çok geniş bir kullanım alanı mevcut.
Kullanım amaçları doğrultusunda 2 çeşit entegre vardır:
1) Analog entegre
2) Dijital entegre
a. TTL entegre (BJT kullanılır) b. CMOS entegre (MOSFET kullanılır)
TTL entegrelerde BJT tipi transistörler bulunurken CMOS entegrelerde MOSFET tipi transistörler bulunur.
Küçük Ölçekli (SSI), Orta Ölçekli (MSI), Geniş Ölçekli (LSI), Çok Geniş Ölçekli (VLSI), Aşırı Geniş Ölçekli (ULSI) ve Giga Ölçekli (GSI) gibi entegre sınıflandırmaları da mümkün.
Çoğu entegre lineerlik özelliği gösterir. Lineer entegreler olarak ses yükselticileri, op-amplar, radyolar ve TV devreleri örnek gösterilebilirler. Bünyelerinde FET ve MOSFETkullanılır.
Resim 2: Mikroçip Olarak Kullanılabilen Entegre Çeşitleri
Entegre devreler ile birçok avantaj da elde edilebilir. Küçük ve hafif olmaları, karmaşık devre yapılarını basitleştirmesi, güvenilir olması ve düşük maliyete sahip olması gibi özellikler bu avantajlar arasında sayılabilir.
Tasarım ve Üretim
Entegre üretiminde CMOS teknolojisi sık sık kullanılıyor. Transistör başına düşük maliyet ve fazla sayıda entegre üretimine olanak sağlayan bu teknolojinin yanı sıra BJT temelli teknolojiler de kullanılabiliyor.
Entegrelerin üretimi ise belirli aşamalar ile gerçekleştirilir. Bu aşamalar ise genel olarakoksitleme, temizleme ve yayma şeklinde özetlenebilir. Böylece transistör, diyot,kapasitör, direnç gibi elemanların yerleşimi tamamlanmış olur.
Resim 3: Çeşitli Entegreler
Elemanların bağlantıları ise alüminyum ile yapılır ve ayrıca bu aşamada entegrenin dışarısı ile bağlantısı kurulur.
Üretim aşamalarını daha detaylı bir şekilde açıklamak gerekirse:
– Litografi: Silikon devre levhası oluşum aşaması olarak da bilinir. Lazer yardımıyla tabakalara entegrenin baskı devresi işlenir. Bu sayede maskeleme ve baskılama işlemine hazır bir yüzey elde edilmiş olur.
– Gravür (Oyma Baskı): Seçici bir şekilde devre levhasında istenmeyen malzemelerin çıkartılma aşamasıdır.
– Tortu Giderme: Fiziksel veya kimyasal yollarla levhanın temizlenmesi işlemidir. Temizlik ve yüzey oluşturma aşamalarının ilkidir.
Resim 4: EPROM Mikroçip Olarak Bilinen Entegrenin Yakından Görünümü
– Oksidasyon: Oksijen veya su kullanılarak silikon levhanın tabakalarının silikon dioksit malzemesine dönüştürülmesi işlemidir.- İyon Yerleştirme: Tabakanın son şeklinin verildiği bu aşamada iyonize edilmiş partiküller, elektrik alan yardımıyla tabakaya yerleştirilir.
– Difüzyon: İyon bombardımanı sonrası oluşabilecek olan çeşitli istenmeyen partikülleri tabakadan temizle işlemidir.