Pengembangan Teknologi Semi-konduktor Nano untuk Pertama Kali di Dunia

Hukum Moore untuk semikonduktor

Sejak ditemukannya transistor pertama, para ahli elektronika sudah meramalkan, dunia akan berubah drastis sebagai akibat dari terobosan teknologi itu. Akan tetapi tidak banyak yang ilmuwan yang sangat optimis dan berani meramalkan masadepan transistor ini. Salah seorang pakar yang bekerja di bidang semi konduktor, Gordon E.Moore memiliki visi jauh ke depan, dan menuliskan secara ilmiah perkiraannya sekitar 40 tahun lalu. Moore memperkirakan, setiap 18 sampai 24 bulan, jumlah rangkaian transistor dalam sebuah mikrochip akan meningkat secara eksponesial. Tidak semua yang diramalkannya benar. Akan tetapi visinya merupakan landasan bagi perkembangan teknologi komputer saat ini. Tentu saja penemuan transistor hingga berkembang menjadi chips komputer saat ini, memerlukan kurun waktu cukup panjang. Transistor pertama yang ditemukan John Bardeen dan Walter Brattain, keduanya peneliti di Bell Telephone Laboratories, masih menggunakan tekonologi semi konduktor Germanium yang tidak stabil. Baru pada tahun 1954 Gordon Teal dari Texas Instrument memperkenalkan transistor silikon yang lebih stabil. Sirkuit terintegrasi pertama, berupa rangkaian beberapa transistor dalam satu paket, diperkenalkan oleh Jack Kilby dari Texas Instrument dan Robert Noyce dari Fairchild Camera pada tahun 1958 dan 1959. Empat dekade lalu, Gordon Moore yang merupakan salah seorang pendiri Intel Corporation, menyampaikan ramalan optimisnya itu, yang sampai kini dikenal sebagai hukum Moore. Banyak yang sebelumnya skeptis menanggapi hukum Moore. Masalahnya, pembuatan sirkuit terintegrasi adalah teknologi tinggi yang tergolong amat rumit dan mahal. Akan tetapi terobosan besar pertama diperkenalkan tahun 1970. Perusahaan pembuat mikrochips Intel, yang salah seorang pendirinya adalah Moore, memperkenalkan chips pertama berkapasitas lebih dari 10.000 rangkaian transistor. Sejak saat itu, hukum Moore mulai diakui kebenarannya. Mula-mula memang banyak pakar elektronika yang skeptis menanggapi ramalan optimis Gordon Moore. Betapa tidak, ketika Moore melontarkan gagasannya, produksi transistor terintegrasi baru pada tahapan awal. Komputer dalam bentuknya seperti yang sekarang, masih jauh dari jangkauan logika pemikiran para ahli. Misalnya saja, pertengahan tahun 60-an, komputer yang digunakan besarnya masih seukuran garasi mobil. Akan tetapi pelan-pelan produksi mikrochips mencapai kecepatan seperti yang diramalkan Moore. Pada tahun 80-an, ketika produksi Mikrochips pelan-pelan mulai memantapkan diri, dengan mampu memproduksi chips berisi 100.000 transistor, ramalan Moore mulai diakui sebagai hukum Moore. Ketika itu, hukum Moore mula-mula ditafsirkan sebagai, berlipat duanya jumlah transistor pada sebuah chips, setiap kurun waktu 18 bulan.

Terobosan teknologi informatika

Bersamaan dengan semakin cepatnya operasi logik pada rangkaian transistor, serta semakin kecil dan murahnya mikochips tsb, komputer pribadi pertama muncul. Para pemerhati teknologi, pasti ingat kehadiran komputer pribadi pertama yang dibuat secara massal, yakni Apple Commodore 64, pada pertengahan tahun 70-an.

Pada awalnya komputer Apple boleh disebut sebagai terobosan teknologi informatika. Sesuai dengan perkembangan teknologi, pada saat ini Intel memproduksi chips yang diberi nama 8080, berkapasitas memory sekitar 64 Kilobyte dan memiliki kecepatan RAM sekitar 4 Kilobyte. Memang di pasaran terdapat sejumlah merk komputer pribadi lain, akan tetapi Apple dianggap pionir pembuat komputer pribadi, karena tampilan PC yang diperkenalkannya, menjadi standar yang digunakan hingga kini. Pada dasarnya, sebuah komputer terdiri atas sebuah unit pemroses pusat-CPU, sebuah monitor, keyboard dan alat penunjuk pointer yang disebut mouse. CPU juga pada dasarnya tidak berubah, yakni terdiri dari peralatan penyimpan dan pengolah memory serta peralatan untuk menampilkan gambar serta suara. Tentu saja kemampuan memory dan kecepatannya, atau tampilan gambar dan suara, berkembang pesat dari satu periode ke periode lainnya. Disinilah kita kembali berbicara hukum Moore. Jika pada dekade sebelumnya, hukum Moore ditafsirkan sebagai faktor eksponensial dari jumlah transistor, di tahun 90-an definisinya mengalami perubahan.

Meskipun teknologi terus berkembang, kita masih menghadapi berbagai masalah di dunia ilmu pengetahuan, termasuk teknologi nano. Sebagaimana kita ketahui, ukuran nano adalah se per satu milyar, lebih kecil dari pada ukuran mikro, yakni se per satu juta. Dengan kata lain, dunia nano terdiri dari ukuran atom atau ukuran molekul. Negara-negara maju pun baru memulai kegiatan riset terhadap dunia nano pada tahun 1990-an lalu, sehingga masih diselumuti berbagai misteri. Dengan suasana itu, Korea Selatan baru-baru ini untuk pertama kali, berhasil mengembangkan teknologi doping kristal nano bagi semi-konduktor, yang selama ini dikenal rumit di dunia ilmu pengetahuan. Tim profesor Hyon Taek Hwan dari jurusan kimia, Universitas Nasional Seoul, berhasil mengembangkan teknologi itu, yang mempunyai efisiensi 10 persen lebih dari pada teknologi sebelumnya. Apakah teknologi doping kristal nano semi-konduktor itu?  Teknologi doping kristal nano semi-konduktor

Nama lengkap teknologi tim profesor Hyon adalah ‘teknologi doping kristal nano semi-konduktor tahap pembentukan atom secara efisien’. Dalam proses pembentukan kristal cadmium-selenide, teknologi itu dapat melancarkan proses doping sampai dengan mangan yang telah dinanokan, setelah menghapuskan nuklir mangan secara kimia yang lebih kecil dari pada ukuran nano. Semi-konduktor sangat membutuhkan teknologi itu. Seluruh material dapat dibagi kedalam 3 golongan, berlandaskan tingkat konduksi listrik, yakni konduktor, semi-konduktor dan non-konduktor. Sifat semi-konduktor dalam keadaan murni, menunjukkan kondisi yang hampir sama dengan sifat konduktor. Tetapi jika dicampur dengan material tidak murni, angka konduksi listrik semi-konduktor meningkat, atau untuk sementara mempunyai sifat konduksi listrik dengan sinar atau energi panas. Sejumlah besar ilmuwan memanfaatkan sifat itu untuk teknologi pembuatan alat-alat pengerasan atau kalkulator, melalui kombinasi silikon dengan fosfor atau unsur boron. Dengan kata lain, teknologi itu menjadi salah satu unsur penting bagi pembuatan produk elektronik. Tetapi, teknologi itu juga menghadapi kendala, yakni tidak dapat didoping pada material seukuran nano.

Mengatasi batasan nano

Teknologi doping bertujuan untuk meningkatkan angka konduksi listrik melalui injeksi material tidak murni dalam rangka membuat semi-konduktor. Tetapi, material yang berukuran nano, se per seratus ribu serat rambut, tidak dapat didoping, karena partikel nano tidak tahan dengan berat material tidak murni. Untuk mencegah kelemahan itu, tim profesor Hyon Taek Hwan menggunakan molekul mangan yang lebih kecil dari pada partikel nano dalam proses pembuatan kristal nano. Molekul mangan dapat melancarkan proses doping secara alami di pusat kristal nano tanpa hambatan apapun.

Pembukaan era semi-konduktor magnetik

Menurut kalangan industri semi-konduktor, teknologi doping kristal nano bagi semi-konduktor dari tahap pembentukan atom secara efisien, berhasil membuka era semi-konduktor magnetik. Teknologi baru ini dapat mengontrol efisiensi tinggi proses doping bagi semi-konduktor secara mendasar, sekaligus dapat membuat pita nano, yakni bahan utama bagi pembuatan semi-konduktor magnetik. Dengan kata lain, keberhasilan tim profesor Hyon tersebut akan menjadi landasan kokoh bagi teknologi semi-konduktor magnetik, setelah era semi-konduktor D-Ram. Teknologi doping itu juga akan mendorong Korea Selatan, sebagai negara maju di bidang teknologi semi-konduktor.

Kemampuan menguasai teknologi tinggi merupakan syarat mutlak bagi suatu negara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu bidang teknologi tinggi yang sangat mempengaruhi peradaban manusia di abad ini adalah teknologi semikonduktor dan mikro-elektronika. Bidang ini bisanya dianalogikan dengan tiga kata bahasa inggris yang mempengaruhi kehidupan modern yaitu Computer, Component dan Communication. Untuk komputer, topik utama dalam bidang ini adalah cra/teknik membuat komputer menjadi lebih cepat, lebih ramping dengan fungsi yang lebih kompleks dan konsumsi daya yang makin kecil. Tujuan tersebut dapat tercapai dengan melakukan dua pendekatan yang saling mendukung yaitu dari segi hardware dan software.

Silikon (Si) dengan persediaan yang berlimpah di bumi dan dengan teknologi pembuatan kristalnya yang sudah mapan, telah menjadi pilihan dalam teknologi semikonduktor. Silikon sendiri disebut sebagai bahan semikonduktor karena sifat dari bahan ini yang bisa berfungsi sebagai isolator maupun konduktor. Silikon very large scale integration (VLSI) telah membuka era baru dalam dunia elektronika di abad ini. Kebutuhan akan kecepatan yang lebih tinggi dan unjuk kerja yang lebih baik dari komputer telah mendorong teknologi silikon VLSI ke silicon ultra high scale integration (ULSI).

Salah satu hambatan dari teknologi silikon adalah sifat listrik yang berhubungan dengan rendahnya mobilitas pembawa muatan dari material silikon ini. Mobilitas adalah paramater yang menyatakan laju dari pembawa muatan dalam semikonduktor bila diberi medan listrik. Untuk membuat piranti berkecepatan tinggi, galium arsenide (GaAs) dan material-material paduannya telah dipertimbangkan sebagai material pengganti silikon.

Dewasa ini perhatian besar juga diberikan pada struktur semikonduktor berdimensi rendah (low-dimensional semicontuctor) seperti quantum well (2D), quantum wire (1D) dam quantum dot (0D). Struktur seperti ini adalah pembuka ke era fabrikasi nanoteknologi dan komponen/alat kuantum (quantum device). Telah diketahui bahwa bila elektron dikurung dalam daerah potensial dengan dimensi yagn sama dengan panjang gelombangnnya maka akan muncul sifat gelombang elektron dan berbagai fenomena kuantum akan dapat diamati. Permasalahan yang timbul dari komponen / alat yang dibuat berdasarkan struktur semikonduktor dimensi rendah ini adalah arus drive yang rendah sehingga masih sulit diaplikasikan. Secara umum, permasalahn yang dihadapi komponen / alat kuantum ini adalah operasi kerjanya yang masih harus dilakukan pada suhu rendah (seperti suhu helium cair :4,2 K) agar dapat diamati fenomena kuantum secara jelas. Hal ini tentunya akan menaikkan ongkos pembuatan sehingga belum menarik untuk diproduksi.

Beberapa komponen dari bahan semikonduktor yang umum digunakan pada rangkaian elektronika adalah seperti dioda, transistor, FET, JFET, MOSFET, dan IC (Integrated Circuit). Dioda semikonduktor adalah komponen dari paling sederhana dari komponen-komponen lainnya. Dioda ini mempunyai dua sifat sekaligus yakni isolator dan konduktor. Jika arus listrik mengalir maju (forward) terhadap dioda maka dioda tersebut berfungsi sebagai penghantar atau konduktor, begitu juga sebaliknya jika dioda ini diberi bias reverse atau arus listrik dialirkan terbalik terhadap dioda maka akan berfungsi sebagai isolator. Pada kelanjutannya komponen lain dari bahan semikonduktor bisa dibuat dengan fungsi yang lebih kompleks sampai pada komponen integrate circuit (IC). IC bisa mewakili jutaan rangkaian dari komponen seperti dioda ataupun transistor hanya dalam satu komponen. Oleh karena itu setiap IC mempunyai fungsi yang berbeda-beda tergantung rangkaian yang tertanam didalamnya.Jadi, terlihat bahwa teknologi semikonduktor berkembang sangat pesat dengan mengeksploitasi fenomena-fenomena fisika yang sebelumnya hanya tertulis dalam texbook semikonduktor atau zat padat saja. Hal ini dimungkinkan karena banyaknya kemajuan yang dicapai dalam pengembangan peralatan-peralatan penumbuh material dalam bentuk film tipis. Hal ini juga diimbangi dengan kemajuan dalam teknik fabrikasi komponen/alat dan proses produksi. Sebagai teknologi tinggi, teknologi semikonduktor saat ini hanya terpusat di negara-negara industri. Negara industri baru memang membutuhkan biaya riset yang banyak tenaga ahli. Untuk Indonesia langkah terbaik yang harus dilakukan adalah secepat mungkin ikut terlibat dalam teknologi ini sehingga tidak jauh tertinggal.

Buka juga :

• Peran Warga Negara Dalam Mendukung Upaya Pemenuhan Kebutuhan Listrik Bangsa Indonesia
• Penjelasan Kasus Elektro Dengan Flowchart Looping, Cabang Dan Subroutine
• Set Intruksi Program Dan Jenis-jenis Intruksi Program