Buhar Yöntemiyle Depolanmış Perovskitler, Yeni Nesil Yarı İletkenleri Güçlendiriyor

Elektronik, sadece telekomünikasyon ve eğlenceyi değil, aynı zamanda eğitim, sağlık hizmetleri, ulaşım, üretim, bilişim ve güvenliği de büyük ölçüde etkiledi.

Elektronik cihazların kritik bir bileşeni yarı iletken, yani çip olarak da bilinir. Yarı iletken, yalıtkan ve iletken özelliklerin bir kısmını taşıyan bir malzemedir. Kullanıldığı elektronik bileşenin özel gereksinimlerine göre modifiye edilebilir. Fonksiyonları arasında sinyal yükseltme, anahtarlama ve enerji dönüşümü bulunur.

Yarı iletken endüstrisi, daha küçük, daha hızlı ve daha ucuz ürünler geliştirmeye odaklanmakta ve bu hedeflere ulaşmak ve bir sonraki nesil elektronik cihazları ilerletmek için sürekli yeni malzemeler araştırmaktadır.

Zararsız Kalay (Sn) Tabanlı Perovskitlerin Yarı İletkenlerde Keşfi

Gelişmekte olan yarı iletkenler arasında, metal‑halid perovskit, üstün yük taşıma özellikleri ve düşük sıcaklıklarda ucuz, büyük alanlı birikim yeteneği sayesinde ilgi görmektedir.

Metal halidler, metal ve halojen elementlerinin birleşmesiyle oluşan bileşiklerdir. Örnek olarak tuz olan sodyum klorür ve nükleer enerji reaktörlerinde yakıt olarak kullanılan uranyum hekzaflorür verilebilir.

Perovskitler, ABO3 kristal yapısına sahip bir malzeme sınıfıdır. Bu yapıda A nadir toprak elementi, B ise bir geçiş metalidir. Bu malzemeler, asetat, nitrat ve karbonatların 600‑900 °C arasındaki yüksek sıcaklıklarda termal ayrışımıyla üretilir.

Metal‑halid perovskitler arasında, benzersiz kristal yapılarıyla zararsız kalay (Sn) tabanlı adaylar umut vaat eden seçenekler olarak ortaya çıkmıştır. Kalay tabanlı yarı iletkenler, düşük toksisite ve biyouyumlu olmaları nedeniyle enerji uygulamaları için son derece arzu edilen malzemelerdir.

Bir çalışma¹ Iowa State University araştırmacıları tarafından yürütülen, kalay‑tabanlı kalsoholidlere yönelmiştir; bu malzemeler çeşitli uygulamalarda yarı iletken olarak araştırılmaktadır. Gerçekten optoelektronik özelliklere sahiptir, doğuştan yüksek kararlılık gösterir ve güç dönüşüm verimliliği sunar.

Çalışma, çoklu bileşenli kalay kalsoholid yarı iletkenlerin geliştirilmesine odaklandı ve çözeltiden faz yöntemiyle kurşunsuz optoelektronik uygulamalar için alternatifler sundu. Kalay kalsoholidlerin, halid perovskitlere kıyasla ortam koşullarında olağanüstü su stabilitesi ve zamanla mükemmel ısı direnci gösterdiği doğrulandı. Bu çalışma, daha stabil ve biyouyumlu yarı iletkenler ve cihazlar tasarlamaya yardımcı olmayı amaçlamaktadır.

Yüksek Performanslı P‑Kanal TFT’ler Hız ve Verimlilik İçin

Zararsız kalay (Sn) tabanlı cTin (Sn2+) halid perovskitlerinden bahsederken, sezyum kalay triyodür (CsSnI3), formamidinyum kalay triyodür (FASnI3) ve metilamonyum kalay triyodür (MASnI3) yüksek performanslı p‑kanal ince film transistörlerinin (TFT) geliştirilmesinde potansiyel göstermektedir.

TFT’ler genellikle sıvı kristal ekranlarda (LCD) kullanılır ve akıllı telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar, masaüstü bilgisayarlar ve HD televizyonlardaki düz panel ekranların itici gücüdür.

Cihazlarımızı kullandığımızda, binlerce mikroskobik bileşen, yani transistör, sahne arkasında yorulmadan çalışarak elektrik akımlarını düzenler, görüntüleri gösterir ve sorunsuz bir çalışma sağlar.

Şu anda transistörler, n‑tipi (elektron taşıma) ve p‑tipi (delik taşıma) olarak sınıflandırılır. N‑tipi cihazlar genellikle üstün performans sergiler. Ancak yüksek hızlı bilgi işlem elde ederken düşük güç tüketmek istiyorsak, p‑tipi transistörlerin de benzer verimliliğe ulaşması gerekir.

Bu nedenle odak, yüksek performanslı p‑kanal ince film transistörlerinde. TFT üretmek için genellikle silikon veya metal oksit gibi bir yarı iletken ve çoğunlukla inorganik malzemelerden oluşan bir dielektrik tabaka, cam veya plastik gibi iletken olmayan bir alt tabakaya biriktirilir.

Şimdi, perovskitleri ince film transistör uygulamalarında kanal tabakası (yani yarı iletken malzeme) olarak kullanmak istiyorsak, aşırı delik konsantrasyonlarını ayarlamamız gerekir. Ayrıca saçılma süresini uzatmak için kristalleşme sürecini kontrol etmeliyiz.

Sn2+‑halid perovskit öncüllerinin nükleasyon ve kristalleşmesini düzenlemek için kompozisyon mühendisliği yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler, TFT’lerin düşük sıcaklıkta çok kristalli cihazların seviyesinde yüksek delik alan etkili mobilite elde etmesini sağlar; bu cihazlar esas olarak güneş fotovoltaik ve elektronik endüstrilerinde kullanılır.

Sn2+‑halid perovskit ince filmler için kullanılan ana birikim tekniği, kağıda mürekkep emdirme gibi bir çözeltiden işleme yöntemidir. Bu teknik, maliyet etkin bir şekilde hızlı optimizasyon denemeleri sağlar.

Laboratuvardaki bu hızlı ilerleme ve gelecekte düşük maliyetli, yüksek verimli üretim perspektifleri, halid perovskit malzemelerinin optoelektronik kullanımına yönelik araştırmaların çoğunun esas olarak çözeltiden bazlı birikim yöntemlerine odaklanmasının nedenidir.

Gerçek dünyada ise durum tamamen farklıdır. Bunun nedeni, laboratuvar tekniğini endüstriyel ortama aktarmanın zorlayıcı olmasıdır. Endüstriyel bir opto‑elektronik üretim zincirine uygulandığında, en deneyimli kişiler bile bu yöntemle yeterli üretim verimi ve tekrarlanabilirlik elde etmekte zorlanır.

Dolayısıyla, çözeltiden işlenmiş kalay (Sn2+)-halid perovskitler, ticari düşük sıcaklık polisilikon teknolojisiyle kıyaslanabilir performansa sahip p‑kanal TFT’ler için uygulanabilir olsa da, sorun yalnızca tutarlı kaliteyle sınırlı kalmaz; aynı zamanda ölçeklenebilirlik ve ticarileşme açısından da mevcut düz panel ekran ve yarı iletken cihaz üretim süreçleriyle düşük uyumlulukları nedeniyle zorluklar ortaya çıkar.

Buhar Tabanlı Birikim Teknikleri Öncülük Ediyor

Buhar birikimi, İnce Film Transistörleri (TFT) üretmek için çözeltiden bazlı tekniklere alternatif olarak ortaya çıkmıştır.

Bu teknik, sadeliği, yüksek hassasiyeti, mükemmel film kalitesi ve geleneksel üretim süreçleriyle uyumluluğu sayesinde ticari ince film elektroniklerinde popüler ve öncü bir yöntemdir.

İnce filmin kalınlığı ve morfolojisi cihaz performansı üzerinde kritik bir etkiye sahiptir ve bu parametreler buhar birikimiyle hassas bir şekilde kontrol edilebilir.

Fiziksel buhar birikimi (PVD) ve kimyasal buhar birikimi (CVD) her ikisi de film kalınlığı, bileşimi ve özellikleri üzerinde mükemmel kontrol sağlar.

Çözeltiden bazlı tekniklerin sınırlamaları nedeniyle, buhar tabanlı birikim teknikleri gerçek endüstriyel ortamlarda, özellikle fotovoltaik üretiminde en yaygın kullanılan yöntemlerdir. Örneğin, önde gelen PV güneş enerjisi sağlayıcısı First Solar (FSLR ), kadmiyum tellürid güneş hücrelerini üretmek için buhar işleme kullanmaktadır. Başka bir örnek ise Heliatek GmbH’dir; şirket ticari organik fotovoltaik ürünlerinde termal buharlaştırma kullanmaktadır.

Ancak elbette, buhar tabanlı birikim teknikleri de zorluklardan muaf değildir. Bu zorluklar arasında yüksek maliyetler, süreç karmaşıklığı, sınırlı üretim hızı ve alt tabaka boyutu ve şekli üzerindeki kısıtlamalar bulunur.

Geçen yıl yapılan bir çalışma, buhar birikiminin yüksek kaliteli inorganik halid perovskit filmler üretmedeki sınırlamalarını aşmak için sürekli flaş süblimasyon (CFS) adlı yeni bir yöntem tanıttı.

Sürekli flaş süblimasyonu (CFS) olarak adlandırılan bu yöntem, yüksek kaliteli inorganik halid perovskit filmler üretmedeki buhar birikimi sınırlamalarını aşmak için geliştirilmiştir.

CFS teknikleri, hızlı ve sürekli birikimi mümkün kılarak imalat süresini kısaltmış ve film uniformitesini artırmıştır; bu, perovskit tabanlı cihazların ölçeklenebilir üretimi için kritik öneme sahiptir.

Çalışma bulgularına göre, CFS ile elde edilen filmler pratik güneş hücrelerinde kullanıldığında, performansları yalnızca çözeltiden birikmiş filmler seviyesinde olmakla kalmayıp, daha önce rapor edilen buhar birikimli tüm‑inorganik perovskit cihazlarından da daha üstündür.

Araştırma, %15’lik güç dönüşüm verimliliği rapor etmiş ve “inorganik halid perovskit absorber kullanan en verimli buhar işlenmiş güneş hücreleri” olarak tanımlanmıştır; aynı zamanda buhar işlenmiş perovskit güneş hücrelerinde uzun işlem süreleri ve sürekli birikim eksikliği gibi zorlukları çözerek, bu sorunların endüstriyel ölçekte buhar tabanlı yaklaşımların hızlı uygulanmasını engellemesini ortadan kaldırmıştır.

Buharlaştırılmış CsSnI3 Katmanlarıyla Yarı İletkenlerde Devrim

Buhar birikiminin kristalleşme süreçleri, çözeltiden işleme göre yavaş katı reaksiyonlar içerir; bu, hızlı iyonik reaksiyonların aksine bir durumdur.

Bu durum, buhar birikimi yoluyla uygun delik yoğunluğuna sahip yüksek kaliteli, yüksek mobiliteli Sn2+‑perovskit kanallarının elde edilmesini zorlaştırmaktadır.

Sınırlamaları aşmak için, Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (POSTECH) Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Dr. Youjin Reo ve Prof. Yong-Young Noh liderliğindeki araştırmacı ekibi çığır açan bir teknoloji geliştirmiştir.

Ekip, CsSnI3 (inorganik sezyum kalay iyodür) ile termal buharlaştırma yöntemini kullanarak p‑kanal Sn2+‑halid perovskit TFT’ler üretti; bu cihazlar, bir sonraki nesil ekranlar ve elektronik cihazlarda devrim yaratma potansiyeli göstermektedir.

Çalışma, Çin Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UESTC) Prof. Huihui Zhu ve Ao Liu ile ortak yürütülmüş, Nature Electronics’te yayınlanmıştır³ ve Kore Hükümeti, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Samsung Display Corporation’dan destek almıştır.

Ekip, yarı iletken çipler ve OLED TV’ler üretiminde yaygın olarak kullanılan termal buharlaştırmayı başarıyla uygulayarak yüksek kaliteli CsSnI3 yarı iletken katmanları üretti.

Bu yöntemle, malzemeler yüksek sıcaklıklarda buharlaştırılarak bir alt tabaka üzerine ince filmler oluşturulur.

İnorganik CsSnI3 tabanlı p‑kanal TFT’lerin buhar birikimine ek olarak, ekip kurşun klorür (PbCl2) ek bir madde olarak kullandı. Az miktarda PbCl2 eklemek, perovskit ince filmlerin uniformitesini ve kristallik yapısını iyileştirdi.

Bu yöntemde, uçucu klorür reaksiyon başlatıcı olarak kullanıldı; bu, buharlaştırılmış perovskit bileşiklerinin katı‑halde reaksiyonlarını tetikleyerek perovskit fazının tam oluşumuna yol açtı. Sonuç olarak, yoğun paketlenmiş ve büyütülmüş taneler kademeli olarak oluştu.

Tutarlı, yüksek kaliteli perovskit filmlerin oluşumunu kolaylaştırmanın yanı sıra, yüksek delik yoğunluğunu da modüle ederek bunları kanal tabakası olarak kullanım için uygun hâle getirir.

Çalışmanın optimize edilmiş TFT’leri (CsSnI3:PbCl2 TFT’ler) uzun vadeli depolama stabilitesi (150 günden fazla) ve üstün performans gösterdi; 33,8 cm² V⁻¹ s⁻¹’den fazla delik mobilitesi ve 10⁸’den büyük bir açma/kapama akım oranı (Ion/Ioff) elde etti. Bu performans, şu anda ticari olarak sunulan n‑tip oksit yarı iletkenlerle karşılaştırılabilir ve hızlı sinyal işleme ile anahtarlama sırasında düşük güç tüketimini işaret eder.

Ayrıca ekip, büyük ölçekli ve uniform Sn2+‑halid perovskit TFT dizisi üretti. Bu başarı, cihaz stabilitesini artırmanın yanı sıra, POSTECH’in UESTC araştırmacılarıyla iş birliğiyle geliştirdiği yenilik, çözeltiden bazlı yöntemlerin temel teknik sınırlamalarını etkili bir şekilde aşmaktadır.

Özellikle, OLED ekran üretiminde kullanılan mevcut imalat araçlarıyla uyumlu olduğu için, bu teknoloji maliyetleri azaltma ve üretim süreçlerini sadeleştirme konusunda önemli bir potansiyele sahiptir.

Çalışmaya göre, buhar birikimli TFT’ler, organik ışık yayan diyot (OLED) ekranların arka planlarında veya düşük işlem sıcaklıkları gerektiren monolitik 3B entegrasyon için mantık cihazları ve devrelerinde kullanılma potansiyeline sahiptir.

“Bu teknoloji, ultra ince, esnek ve yüksek çözünürlüklü ekranların akıllı telefonlar, televizyonlar, dikey olarak istiflenmiş entegre devreler ve hatta giyilebilir elektroniklerde ticarileştirilmesi için heyecan verici olanaklar sunmaktadır; çünkü işlem sıcaklığı 300 °C’nin altında tutulmaktadır.”

– Prof. Yong-Young Noh

Yarı iletken malzemelerindeki atılımlar devam ederken, şimdi büyük bir yatırım yapılabilir endüstri oyuncusuna bir göz atalım.

Grafen yarı iletkenlerin nihayet ortaya çıkıp çıkmadığını öğrenmek için buraya tıklayın.

Yarı İletkenlere Yatırım

Yarı iletken dünyasında, Intel en büyük şirketlerden biridir ve gelişmiş çip teknolojileri geliştirmeye büyük yatırımlar yapmaktadır. Endüstri daha küçük, daha verimli transistörlere yöneldikçe, buhar birikimli perovskitler gibi yenilikler, belirli uygulamalarda silikon alternatifleri arayan Intel için büyük ilgi çekmektedir.

Ayrıca, Intel yeni malzemeleri çip tasarımına entegre ederek performansı ve genel çip mimarisini geliştirmek için sürekli çalışmaktadır.

Intel Corporation (INTC )

Şirket üç segment üzerinden faaliyet göstermektedir. Intel Products, Ağ ve Kenar (NEX), Veri Merkezi ve AI (DCAI) ve İstemci Bilgi İşlem Grubu (CCG) içerir. Intel Foundry segmenti bir diğeridir, diğer tüm segmentler ise Altera, Mobileye ve diğerlerini kapsar.

ABD’nin en büyük çip üreticisi, Dell, Lenovo ve HP gibi büyük PC üreticilerini müşterileri arasında saymaktadır. Ayrıca ABD Savunma Bakanlığı için son teknoloji çipler üretmektedir. Dahası, Intel Microsoft (MSFT ), Cisco, SAP ve Amazon gibi şirketlerle ortaklıklar kurmuştur.

Intel’in piyasa değeri 91,23 milyar dolar olup, hisseleri şu anda 20,93 dolar seviyesinde işlem görmekte ve bu yıl %4,6 artış göstermiştir. EPS (TTM) -4,48, P/E (TTM) -4,68 olup, hissedarlara temettü getirisi sunulmamaktadır.

INTC’nin performansı bu yıl pozitif yönde olsa da, hisse fiyatları hâlâ 2021’deki neredeyse 67,5 dolarlık zirveden uzaktır. 2023 Intel hisseleri için iyi bir yıl oldu. Ancak geçen yıl fiyatlar 19 doların altına düştü ve bu yıl tarifeler ve olası bir ticaret savaşı nedeniyle ortaya çıkan belirsizlik geniş hisse senedi piyasasını etkiliyor.

“Mevcut makro ortam, sektör genelinde artan belirsizlik yaratıyor,” diye CFO David Zinsner belirtti. Şirket analistlerle yaptığı bir görüşmede “disiplinli ve temkinli bir yaklaşım” sergilerken, Zinsner ticaret politikaları ve düzenleyici risklerin “ekonomik yavaşlama olasılığını artırdığını, resesyon ihtimalinin yükseldiğini” vurguladı.

Bununla birlikte, Trump yönetiminin ‘AI difüzyon kuralı’ olarak bilinen ABD çip ihracat kısıtlamalarını geri almayı hazırlaması bazı olumlu haberler sunmaktadır. Bu, Biden yönetimi tarafından çip üreticilerine uygulanan ve 15 Mayıs’ta yürürlüğe girecek sınırlamaları sona erdirecektir.

Bu kural kapsamında, ülkeler üç farklı seviyeye ayrılmıştır ve tüm bu seviyelerde, Intel ve Nvidia (NVDA ) gibi firmaların ürettiği gelişmiş AI çiplerinin lisans olmadan gönderilip gönderilemeyeceği konusunda kısıtlamalar bulunmaktadır.

“Biden AI kuralı aşırı karmaşık, aşırı bürokratik ve Amerikan yenilikçiliğini engelleyecek. Biz bunu, Amerikan yenilikçiliğini serbest bırakacak ve Amerikan AI üstünlüğünü sağlayacak çok daha basit bir kuralla değiştireceğiz.”

– Ticaret Bakanlığı sözcüsü

Intel finansallarına gelince, 2025’in 1. çeyreği yıllık büyümede durgunluk gösterdi; gelir 12,7 milyar dolar iken hisse başına kazanç (EPS) -0,19 dolar ve GAAP dışı EPS 0,13 dolar oldu. Bu, 2024’te toplam 53,1 milyar dolar gelir kaydedildikten sonra gerçekleşti; bu, yıllık %2 düşüş ve EPS -4,38 dolar, GAAP dışı EPS -0,13 dolar anlamına gelmektedir.

Yavaşlamanın önümüzdeki çeyrekte de devam etmesi bekleniyor; Intel gelirini 11,2 milyar ile 12,4 milyar dolar arasında tahmin ediyor. Ancak şirket, CEO Lip‑Bu Tan yönetimindeki ilk yıl olarak, önümüzdeki yıl harcamaları azaltma planlarını duyurdu. 2025 operasyonel harcamalarının 17 milyar dolar, 2026 için ise 16 milyar dolar olması öngörülüyor.

“İlk çeyrek doğru yönde bir adım oldu, ancak bu süreçte hızlı çözümler yok,” dedi Tan, yüzlerce Çin teknoloji şirketine yatırım yaptı. Onun yönetiminde şirket, “daha iyi yürütme ve operasyonel verimlilik sağlamak için hızlı adımlar atıyor ve mühendislerimize harika ürünler yaratma yetkisi veriyor.”

Dolayısıyla, Intel açıkça zorlu bir dönemi yönetiyor. Azalan gelir ve tatmin edici olmayan piyasa performansının yanı sıra, şirket pazar payını kaybediyor ve yarı iletken fabrikası işindeki yatırımları hâlâ önemli sonuçlar vermedi. Intel ayrıca yeni ürün lansmanlarında yürütme hataları yaşadı.

Ancak yeni liderliğin altında agresif bir yeniden yapılandırma, olası işten çıkarmalar, bir bölünme ya da Foundry operasyonunun TSMC’ye satılması spekülasyonları ve Intel 18A ile liderliğini yeniden kazanma potansiyeli – ki bu teknoloji zaten Microsoft desteği almış ve Nvidia ve Google tarafından da inceleniyor – Intel’in anlamlı bir geri dönüş yapmasına yardımcı olabilir; ancak bu süreçte yürütme kritik olacaktır.

Intel Corporation’da Son Gelişmeler

Sonuç

Yarı iletkenler, modern elektroniğin temelini oluşturur. Daha ucuz, daha hızlı ve daha küçük cihazlara olan talep arttıkça, malzeme yenilikleri her zamankinden daha önemli hâle gelmiştir.

Bu bağlamda, son çalışmanın sağladığı atılım, geleneksel ince film transistör teknolojilerini bozma konusunda büyük bir potansiyel sergilemektedir. Buhar birikimli Sn2+‑halid perovskit TFT’lerdeki gelişmeler, termal stabiliteyi ve mevcut OLED üretim yöntemleriyle uyumluluğu artırmış; perovskit tabanlı yarı iletkenlerin esnek ve 3B elektroniklere entegrasyonu için umut verici bir gelecek vurgulamaktadır.

Bu tür sürekli yeniliklerle, son derece kompakt, enerji verimli ve esnek akıllı cihazların olduğu bir geleceğe doğru ilerliyoruz.

En iyi yarı iletken ekipman hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. Roth, A. N., Porter, A. P., Horger, S., Ochoa-Romero, K., Guirado, G., Rossini, A. J., & Vela, J. (2024). Kurşunsuz yarı iletkenler: Çoklu bileşenli kalay kalsoholidlerin faz evrimi ve üstün kararlılığı. Chemistry of Materials, 36(9), 4542–4552. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00209

2. Abzieher, T., Muzzillo, C. P., Mirzokarimov, M., Lahti, G., Kau, W. F., Kroupa, D. M., Cira, S. G., Hillhouse, H. W., Kirmani, A. R., Schall, J., Kern, D., Luther, J. M., & Moore, D. T. (2024). İnorganik halid perovskitlerin sürekli flaş süblimasyonu: buhar birikiminin hız ve süreklilik sınırlamalarının aşılması. Journal of Materials Chemistry A, 12, 8405–8419. https://doi.org/10.1039/D3TA05881F

3. Reo, Y., Zou, T., Choi, T., et al. (2025). Buhar birikimli yüksek performanslı kalay perovskite transistörleri. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01380-8