Yarı İletken Teknolojisi 1. Bölüm Umut Öncül

Yarı İletken Teknolojisi 2. Bölüm Umut Öncül

Yarı İletken Teknolojisi 3. Bölüm Umut Öncül

Görüntüleme ve Yarı İletken Teknolojileri Hocalara geldik

PET (Pozitron Emisyon Tomografi si) Görüntüleme Cihazı
PET, nükleer tıpta kullanılan görüntüleme yöntemlerinin en gelişmişi- dir. Vücuda verilen radyoaktif madde tarafından salınan pozitronların atomların serbest elektronlarıyla yok olma tepkimesi yapmasıyla gama ışınları açığa çıkar. PET, açığa çıkan gama ışınlarının dedektörler tarafından tespit edilip bilgisayarda görüntüye dönüştürülmesidir. Özellikle onkolojik hastalıkların teşhis ve tanısında kullanılan PET cihazlarında (Görsel 6.6), tüm vücudun üç boyutlu görüntüsü elde edilerek organların fonksiyonel aktivitelerinin incelenmesi sağlanır. PET yaptıracak hasta, öncesinde en az 6 saat bir şey yiyip içmemelidir. Aç gelen hastanın kan şekeri ölçülür. Kan şekeri istenilen değerde ise normal şeker molekülünün Flor-18 radyoaktif maddesiyle birleştirilmiş şekli olan FDG (Fluoro Deoksi Glukoz-Flour Deoksi Glikoz) radyoaktif sıvısı damar yoluyla hastaya verilir ve sıvının dağılması beklenir. Kanser hücreleri, sağlıklı hücrelere göre daha hızlı büyüdüğünden daha çok şeker molekülüne bağlanma ihtiyacı duyar ve daha çok şekere bağlanmış tümörlü hücrelerin ışıması sağlıklı hücrelerden fazla olur. Yayılan ışımalar yardımıyla vücudun üç boyutlu görüntüsü alınır. Radyoloji uzmanı tarafından raporlanan görüntü ilgili doktora gönderilir.Türkiye’de PET ilk kez 2000 yılının sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır

Bilgisayarlı Tomografi
BT (Bilgisayarlı tomografi), X-ışınları yardımıyla tanılama ve teşhis için kullanılan bir radyolojik inceleme yöntemidir. BT, kesitsel görüntü alınmasına imkân verir ve röntgenin çözemediği yumuşak doku kontrastına sahip olduğundan dokuların birbirinden ayrı görülmesini sağlar. Bilgisayarlı tomografi cihazı, vücudun herhangi bir bölgesinin kesit görüntüsünü oluşturma kabiliyetine sahip elektromanyetizma ilkeleriyle çalışan bir cihazdır (Görsel 6.7). İncelenecek bölgeye X-ışınları gönderilir. Her bölgenin madde yoğunluğu farklı olduğu için gönderilen X-ışınları farklı oranlarda geçişler yapar. Bu geçişler sonucunda elde edilen veriler bilgisayarda işlenir ve elde edilen BT görüntüsü sağlıklı dokularla karşılaştırılarak teşhis konulur (Görsel 6.8).

Ultrason (US) Cihazı
Ultrason yüksek frekanslı ses dalgasıdır. İnsan kulağı saniyede 20 Hz – 20 KHz aralığındaki sesleri duyarken ultrason frekansı 20 KHz in çok üstündedir. Ultrason cihazları tıp alanı (Görsel 6.9), denizcilik, maden aramaları, endüstri, savunma sanayisi ve daha birçok alanda görüntüleme amaçlı kullanılmaktadır. Tıpta kullanılan ultrason cihazında ses dalgası transdüser (prob) içeri- sindeki piezoelektrik kristalince oluşturulur (Görsel 6.10). Oluşturulan ses dalgaları ilgili alana gönderilerek yansımaları incelenir. Organlardan yansıyarak transdüsere geri dönen dalgalar, transdüserde elektrik sinyallerine ve sonrasında da ekranda görüntüye dönüştürülür. Ultrason cihazı hareketli organ görüntüsü alımında da kullanılabildiği için tıp alanında hastalıkların teşhisinde yaygın olarak kullanılır. Ultrason cihazlarının geliştirilmesi Paul-Jacgues ve Pierre Curie’nin 1880 yılında piezoelektriği keşfetmesiyle başlar. Bu buluştan 35 yıl sonra ilk ultrason cihazı Paul Langevin (Pol Langevin) tarafından geliştirilir. Denizlerde güvenli yolculuk yapmak için kullanılan ultrason cihazı daha sonra medikal amaçlarla da kullanılmaya başlanmıştır.

Radarlar
Radar kelimesi radyo algılama ve ölçme anlamına gelen “Radio Detection and Ranging” (Radyo Dıtekşın end Renjik) kelimelerinin ilk harflerinin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Radarların hava trafik kontrolü (Görsel 6.11: a), navigasyon, hava durumu, yer altı resimleme, füze savunma (Görsel 6.11: b), araç hız sensörleri (Görsel 6.11: c), okyanus ve hava gözlemleme, erken hava saldırı uyarısı gibi birçok kullanım alanı vardır.

Radyo dalgaları, ilk defa radarlarda kullanılmıştır. Günümüzde ise radarlarda mikrodalgalar kullanılmaktadır. Radar anteninden hedefe mikrodalga sinyalleri gönderilir. Hedeften yansıyıp dönen mikrodalga sinyalleri alıcı cihaz tarafından algılanır. Elde edilen bilgiler cismin uzaklığı, yönü, şekli ve sürati hakkında bilgiler içerir. Nicola Tesla (Nikola Tesla) 1900 yılında elektromanyetik dalgaların yansıması ile hareket eden bir cismin algılanabileceği fikrini ortaya atmıştır. Christian Hulsmeyer (Kristian Hulsmeyır) su üzerindeki trafiği denetlemek için “telemobiloskobu” icat ederek ilk pratik radar denemesini gerçekleştirmiştir.

Sonar Cihazları
Sonar cihazlarında (Görsel 6.12) ses dalgalarının yansımasından yararlanılarak görüntüleme elde edildiği için çalışma prensibi ultrason cihazlarına benzer. Sonar cihazı denizcilikte ve arkeolojide kullanılmaktadır. Denizcilikte balık sürülerinin saptanması ve su derinliğinin ölçülmesi amacıyla kullanılır. Sonar cihazlarında yüksek frekanslı ses dalgaları belli bir bölgeye gönderilir. Ses dalgaları gönderilen yüzeyden yansır. Yansıyan ses dalgaları cihaz tarafından algılanarak elektrik akımına çevrilir ve monitörde görüntülenir.

Termal Kameralar
Sıcaklığı -273 o C nin üzerindeki tüm nesneler termal ışıma yapar. Nesnelerin sıcaklığına göre yayınlanan ışınların dalga boyu değişir. Canlı ve cansız varlıkların yaydığı termal ışımalar elektromanyetik dalga spektrumunun kızılötesi (infrared) bölgesine karşılık gelir. Bu nedenle göz tarafından algılanamaz. Bu ışımalar sayesinde canlı ve cansız varlıkların yaptığı termal ışımaları algılayan cihazlara termal kamera denir. Termal kameralarda farklı sıcaklık değerleri ekranda farklı renkte görüntü oluşturur. Oluşan görüntüde soğuk bölgeler mavi, sıcak bölgeler sarı renkte görülür. Böylelikle sıcakkanlı canlılar hem gündüz hem de gece rahatlıkla görülebilir. (Görsel 6.13). Termal kameralar tıp, askeri alan ve savunma sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır.

LCD ve Plazma Teknolojilerinde Fizik Biliminin Yeri
Fizik bilimindeki gelişmeler teknolojinin gelişmesini hızlandırırken teknoloji alanındaki gelişmeler de fizik biliminin gelişmesini hızlandırarak günlük hayatı kolaylaştırır. Bu gelişmelerden biri de LCD (Liguid Crystal Display-Sıvı Kristal Ekran) ve plazma teknolojisidir. İnsanlar etkin olarak kullandıkları haberleşme araçları üzerinden (bilgisayar, TV, cep telefonları gibi) ekran teknolojisi ile büyük oranda etkileşim içerisindedirler. Bu alanda yakın zamana kadar görüntü ekranı olarak kullanılan ve katot ışını tüpü anlamına gelen Cathode Ray Tube (Katod Rey Tüb) kısaca CRT teknolojisi yerini daha ince, daha hafif ve düz ekran teknolojisine sahip olan LCD ve plazma teknolojisine bırakmıştır.

LCD Teknolojisi
LCD teknolojisi dizüstü bilgisayar (Görsel 6.14), tablet, televizyon ve akıllı telefon gibi cihazlarda kullanılan bir görüntü teknolojisidir. LCD teknolojisinin yapısında sıvı kristaller bulunur. Sıvı kristaller sıcaklık değişimlerine çok duyarlıdır. Sıcaklık değişimi sonucunda değişik renk tonlarının elde edilmesi sağlanır. LCD ekran (Şekil 6.1), plastik bir tabaka içindeki sıvı kristallerin ışığı yansıtması ilkesiyle çalışmaktadır. LCD panelleri, polarize filtreler arasında yüzbinlerce likit kristal hücreden oluşmaktadır. LCD ekranın her bir pikselinde sıvı kristal madde bulunur (Şekil 6.2: a). LCD ekranların satır ve sütunlarında bulunan piksellerin her biri elektrotlara bağlıdır. Sıvı kristaller elektrik alan uygulanmadan önce ortak eksenlerine göre gelişi güzel kıvrılmış olarak dizilir. Elektrotlar yardımıyla gerilim uygulandığında oluşan elektrik alan nedeniyle sıvı kristaller ortak eksene paralel ve düz bir biçimde sıralanarak net görüntü elde edilir (Şekil 6.2: b).

Plazma Teknolojisi
Plazma teknolojisi (Görsel 6.15) görüntü kalitesi, parlak resim görüntüsüyle pastel renklerin daha iyi gösterilmesi için geliştirilmiş bir görüntüleme teknolojisidir. Plazma ekranlar da LCD ekranlar gibi piksellerden ve R-G-B renk piksellerinden oluşur (Şekil 6.3). Plazma teknolojisinde her piksel içerisinde özel bir gaz (neon-ksenon) ile dolu cam bölmeler bulunur. Cihaza elektrik verilerek özel gaz karışımı maddenin dördüncü hâli olan plazma hâline dönüşür ve ultraviyole (morötesi) ışın yaymaya başlar. Daha sonra bu ışın kırmızı, yeşil ve mavi renkli (R-G-B) fosfor tabakasına çarparak görünür ışık oluşturur ve net bir görüntü elde edilir.