Memristörün Devre İçi Kullanımı ve Grafen Üst Elektrotlu Memristif Biyosensörler

Abstract

Bu proje kapsamında memristörlerin davranışları incelenmiş, analiz edilmiş, modellenmiş ve bu özelliklerden faydalanan biyo-esinli devrelerin simülasyon ve analizleri yapılmıştır. Ayrıca yine aynı memristif özelliklerden faydalanan grafen üst elektrotlu memristif, hassas, seçici, düşük alan ve güç sarfiyatlı biyosensörler geliştirmek için çalışmalar yapılmıştır. Memristör halen genç bir teknolojidir. Basit ve genelleştirilebilir bir modelinin olmaması sebebiyle simulasyon programlarında kullanılan standart bir devre elemanı modeli bulunmamaktadır. Bu proje kapsamında genelleştirilebilir bir model geliştirme konusuna katkı sağlamak amacıyla hem mevcut modeller analiz edilmiş, hem memristörler üretilip, karakterize edilerek, özgün modeller geliştirilmiş, hem de mevcut modellerin ifadeleri üretilmiş memristörlere uyarlanarak devre simülasyonlarında kullanılmıştır. Bu sayede aygıtların davranışını sadık olarak taklit eden ve simülasyon programlarında kullanmaya uygun modeller saptanmış ve geliştirilmiştir. Memristörün doğrusal olmayan davranışı biyolojik sistem dinamiklerine benzediği gibi aynı zamanda eşik altında çalışan Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) transistör dinamiklerine de benzemektedir. Bu biçimde çalışan MOS devreler kullandıkları düşük voltaj ve akım değerleri sebebiyle güç sarfiyatı bakımından çok verimlidirler. Bu proje kapsamında Half-Centre Oscillator (HCO) devrelerinden oluşan Central Pattern Generator (CPG) adlı biyo-esinli devrelerdeki osilasyon ritimlerini ve genliklerini kontrol edebilme amaçlı, kendi ürettiğimiz memristörlerin davranışlarını modelleyerek analizler yaptık. Literatürde de artarak görülen memristör+CMOS devre tasarımları memristörün doğrusal olmayan özelliklerini kullanırken devrelerin alan ve güç sarfiyatını minimize etmek için artarak kullanılmaktadır. Eşik altı MOS ve memristörlerin dinamiklerinin doğal uyumu ve verimliliği dolayısıyla bu alanda çalışmalar yapmak nöromorfik sistemlerin gelişimine katkı sağlamıştır. Grafenin biyosensörlerde kullanımı yüksek alan-hacim oranı sayesinde numunenin hareketsiziliğini sağlaması, grafenden numuneye yabancı madde sızmaması ve grafenin yüksek iletkenliği sayesinde elektrot olarak kullanabilinmesi bakımından çok avantajlıdır. Memristör ise zamanla değişen direnci sebebiyle oluşan histeresis özelliği sayesinde hassas bir cihazdır. Bu projeyle grafen üst elektrotlu memristif bir yapılar (mikro ve makro) üretilmiş. Karakterizasyonları gerçekleştirmiş ve makro yapılarda sensör davranışı gözlemlenmiştir. Hassas ve seçici biyosensörler elde etmek için önemli ilerlemeler katedilmiştir. Bu proje disiplinlerarası bir çalışmadır. Proje kapsamında üç yüksek lisans öğrencisi yetiştirilmiş, bir STAR bursiyeri desteklenmiştir. Proje kapsamında yapılan çalışmalar sayesinde hem bulunduğum kurum içerisinde, hem ulusal hem de uluslararsı işbirlikleri sağlanmış ve güçlendirilmiştir.