Üniversite
Silisyumun tahtı tehlikede; geleceğin enerjisini GaN şekillendirecek
Boğaziçi Üniversitesi Makine Mühendisliği öğretim üyesi Yrd. Doç. Dr. Nazlı Dönmezer, enerjide geleceği şekillendirecek güç tabanlı teknolojiler üzerine araştırmalar yapıyor.
Dünyanın enerji ihtiyacı katlanarak artıyor. Elektrik ise enerji ihtiyacının en fazla öne çıktığı, talebin katlanarak yükseldiği en önemli kaynaklardan biri. Elektrik enerjisinin kapsamına giren güç elektroniği teknolojisinde kullanılan silisyum, mikro elektronik cihazlar pazarını domine eden malzemelerin başında geliyor. Ancak günümüzde silisyumun yerine yeni nesil elektronik cihazlarda hem elektrik israfını azaltacak hem de enerjinin daha verimli kullanımını sağlayacak yeni materyallere ve teknolojilere geçiliyor. Ve silisyumu tahtından edecek malzemelerin başında da Galyum Nitrat (GaN) geliyor.
Yüksek dayanıklılık isteyen elektrikli otomobiller, güneşten elektrik üreten foto voltaik paneller, otomobil aydınlatma ekipmanları, uydular, hızlı trenler, enerji nakil hatları, savunma sanayide kullanılan radarlarda kullanılan GaN’ın yakın bir gelecekte enerji, bilişim ve uzay teknolojileri başta olmak üzere daha fazla kullanılması ve ana sanayi alanlarında vazgeçilmez olması bekleniyor.
Enerjide geleceği şekillendirecek bu alanda çalışmalar yürüten bilim insanlarından biri de Boğaziçi Üniversitesi Makine Mühendisliği öğretim üyesi Yrd. Doç. Dr. Nazlı Dönmezer. Lisans ve yüksek lisansını ODTÜ Makine Mühendisliği’nde tamamlayan; doktorasını ise 2009-2013 tarihlerinde Atlanta’da Georgia Institute of Technology’de yapan Dönmezer, 2017 Temmuz ayında Boğaziçi Üniversitesi’nde çalışmaya başladı.
Güç teknolojilerinde kullanılmakta olan GaN tabanlı transistörlerin (çipler) ısıl davranışlarını ölçümler ve modellemelerle anlamak üzerine çalışmalar yürüten Dönmezer ve araştırma grubu, çok yüksek güç/frekans koşullarında çalışan radarlar veya elektrikli arabalar gibi uygulamalarda kullanılan bu çiplerin güç ile birlikte ortaya çıkan ısınma sorunlarının anlaşılabilmesi için çalışmakta.
Bahsi geçen çiplerin yoğun ısınma bölgelerinin nanometre boyutlarında olması nedeniyle mevcut ölçüm teknolojilerinin kapasiteleri çerçevesinde, oluşan sıcaklığı noktasal ölçüde ölçebilen bir sistem olmadığını belirten Dönmezer, ‘’Söz konusu sıcaklıklar ölçülemese dahi modellenebilir mi?’’ sorusunun cevabını almaya çalıştıklarını ifade ediyor. Dönmezer, Aralık 2017 itibariyle yürütmekte olduğu TÜBİTAK 1003 projesi kapsamında da, çalışma esnasında nano boyutta yoğunlaşmış ısı bölgeleri yaratan bu aygıtlarda ısı iletiminin nasıl olduğunu anlamaya çalıştıklarını; bu aygıtların ısınma sorunlarına yönelik modelleme ve tasarım boyutunu da ilgilendiren çözümler geliştirdiklerini ifade ediyor.
‘’Bu aygıtlarda ısınma problemi çok ve sıcaklıkla birlikte performanslarında düşüş olabiliyor veya çok daha erken bozulabiliyorlar; çiplerin sıcaklıklarını ölçtüğümüz daha doğrusu anlayabildiğimiz zaman aygıtların bozulmadan ne kadar süre dayanabileceğini de anlamış oluyoruz ve hatta aygıtların ömrünü uzatabilecek tasarımlar geliştirilmesine de yardımcı olabiliyoruz.”
Bu kapsamda Aselsan ile ortak çalışmalara imza attıklarını belirten Nazlı Dönmezer, Türkiye’de ilk defa Galyum Nitrat transistör ve entegre devre üretimine 2014 yılında başlayan Aselsan ile Bilkent Üniversitesi tarafından kurulan Aselsan Bilkent Mikro Nano Teknolojileri Sanayi ve Ticaret A.Ş. (AB-MikroNano) şirketi bünyesinde üretilen aygıtlar üzerinde çeşitli çalışmalar yaptıklarını sözlerine ekliyor;
‘’Çip üretimi kolay bir işlem değil, belli bir bilgi birikimi ve yatırım gerektiriyor. Biz bu anlamda Silisyum trenini yakalamakta oldukça geride kaldık. Ancak Galyum Nitrat teknolojisine geçmek için önümüzde hala bir fırsat var. Aygıt tasarımında dene yanıl yöntemi önemli maliyet ve zaman sorunlarına yol açıyor. Şu anda örneğin dünyada bu tür aygıtları elmas alt taşlar üzerinde üretmeye çalışıyorlar çünkü elmasın ısı iletkenliği çok fazla. Ancak bir yandan da elmas pahalı bir malzeme. Dolayısıyla elmas kullanımının gerçekten olumlu sonuç getireceği koşulları saptamak çok önemli. Biz de bu ve benzeri amaçlarla hem ısıl hem elektriksel modellemeler yapmaya çalışırken bir yanda da ölçüm konusuna odaklanıyoruz. İleri teknoloji ürünü yüzey analizi, mikro analiz ve detaylı karakterizasyon yapabilen cihazların mevcut olduğu Boğaziçi Üniversitesi İleri Teknolojiler AR-GE Merkez Laboratuvarları’nda bu tür ölçümler yapıyoruz.’’
Haber ve fotoğraf: Özgür Duygu Durgun / Kurumsal İletişim Ofisi