Pengganti Silikon, Sebuah Terobosan Baru

Spengganti untukSsilikon,A NehBtembusan

Para peneliti membuat transistor mini menggunakan kawat logam tertipis di dunia sebagai elektroda gerbang, komponen utama yang mengendalikan pembukaan dan penutupan transistor.

Alih-alih menggunakan silikon atau logam, para peneliti membuat gerbang dari molibdenum disulfida – semikonduktor yang dapat menggantikan silikon dalam beberapa dekade mendatang. Ketika dua bagian MoS2 yang salah tempat digabungkan, batasnya menjadi kawat setebal hanya 0,4 nanometer, jauh lebih kecil daripada bagian terkecil transistor di CPU paling canggih saat ini. Para peneliti, yang sebagian besar berbasis di Institut Sains Dasar Daejeon di Korea, mengintegrasikan kawat sebagai komponen utama transistor ultra-kecil.

Pekerjaan mereka menandai pertama kalinya garis batas ini digunakan untuk membuat transistor. Metode mereka mungkin tidak akan diproduksi secara komersial dalam waktu dekat, tetapi prestasi ini dapat mendorong para peneliti untuk lebih mengeksplorasi kabel tersebut dan membuat transistor yang lebih praktis di tahun-tahun mendatang.

Molibdenum disulfida adalah contoh khas semikonduktor dua dimensi. Silikon dan semikonduktor lain yang digunakan saat ini memerlukan dimensi ketiga yang kompleks agar dapat berfungsi dengan baik. Namun, seperti namanya, semikonduktor dua dimensi dapat dibangun dalam lapisan planar.

Graphena (lapisan atom karbon) mungkin merupakan material dua dimensi yang paling terkenal, tetapi para ilmuwan dan insinyur telah membuat kemajuan luar biasa dengan MoS2 dan disulfida logam transisi serupa. Dalam kasus MoS2, struktur molekul senyawa tersebut membuatnya hanya setebal tiga atom (sekitar 0,4 nanometer).

Molibdenum disulfida mungkin memiliki keuntungan utama lainnya dalam mengurangi panjang gerbang (jarak antara sumber dan drain) transistor, pembawa muatan masuk dan keluar transistor, penelitian mutakhir telah mendorong kemungkinan panjang gerbang silikon sekecil sekitar 5 nanometer, tetapi semakin pendek panjang gerbang transistor silikon, semakin besar kemungkinan terjadi kebocoran saat dimatikan. Molibdenum disulfida memiliki celah pita yang besar, yang mungkin membuatnya lebih antibocor.

Tentu saja, para peneliti masih belum menemukan cara untuk membuat transistor MoS2 dengan panjang gerbang sub-nanometer. Beberapa laboratorium telah mencapainya dengan menggunakan bahan yang berbeda sebagai gerbang – membuat transistor MoS2 dengan gerbang tipis yang terbuat dari tepi satu lapisan grafena atau satu tabung nano karbon (pada dasarnya menggulung grafena menjadi tabung yang sangat tipis).

Para peneliti di Institut Ilmu Pengetahuan Dasar bertanya-tanya apakah mereka membutuhkan bahan lain, atau apakah mereka dapat mengandalkan sifat khusus MoS2 itu sendiri.

Bila MoS2 ditanam pada safir, substrat semikonduktor 2D yang umum, material tersebut cenderung tumbuh dalam satu dari dua kemungkinan arah, masing-masing berjarak 60 derajat dari satu sama lain. Jika Anda membuat bagian dalam satu arah menyentuh bagian di arah lain, keduanya akan membentuk garis di perbatasan, seperti jalan dengan sudut ganjil, tempat dua jaringan jalan kota yang saling bertemu.

Ilmuwan material telah mengetahui batas-batas ini selama beberapa tahun dan menyebutnya batas kembar cermin (MTB). Salah satu pengukuran menunjukkan bahwa MTB setebal 0,4 nm merupakan kawat tertipis yang pernah dibuat. Para peneliti di Institute for Basic Sciences percaya bahwa mereka dapat menggunakan kawat ini sebagai gerbang untuk transistor yang terbuat dari material di sekitarnya.

Untuk mencapai hal ini, para peneliti pertama-tama memulai dengan dua potongan molibdenum disulfida yang salah tempat dengan jalur MTB di antaranya. Di atasnya, mereka meletakkan lapisan tipis alumina sebagai isolator. Di atasnya, mereka meletakkan lapisan molibdenum sulfida lain dengan ketebalan atom, lalu meletakkan elektroda sumber dan drain yang lebih besar di atasnya. Secara total, mereka membuat total 36 FET fungsional dengan elektroda gerbang yang sangat tipis.

Para peneliti optimis bahwa teknologi mereka, atau sesuatu yang serupa, suatu hari nanti dapat menjadi dasar untuk pembuatan perangkat. Jo Moon-Ho, seorang peneliti di Institute for Basic Sciences dan salah satu peneliti, mengatakan dalam sebuah pernyataan: "Diharapkan teknologi ini akan menjadi teknologi utama untuk pengembangan berbagai perangkat elektronik berdaya rendah dan berkinerja tinggi di masa mendatang." "Di masa mendatang, para peneliti mungkin dapat merancang perangkat elektronik dengan kontrol yang lebih baik atas karakteristik kabel.

Namun, Eric Pop, seorang insinyur listrik di Universitas Stanford (yang bekerja pada MoS 2 dan tidak terlibat dalam penelitian tersebut), tidak optimis tentang kemungkinan pendekatan batas beralih dari laboratorium ke pabrik. "Saya tidak berpikir penggunaannya sebagai elektroda gerbang merupakan jalan untuk aplikasi industri," kata Pop. "Gerbang harus terbuat dari logam dan berpola ke dalam geometri sirkuit," katanya, atau insinyur tersebut kehilangan kemampuan penting untuk mengendalikan tegangan ambang gerbang.

Selain itu, Pop mengatakan bahwa menumbuhkan semikonduktor 2D pada safir seperti yang dilakukan Moon dan rekan-rekannya bukanlah hal yang ideal. Setelah ditumbuhkan pada safir, material dua dimensi tersebut harus dipindahkan dengan susah payah ke wafer silikon. Sebaliknya, Pop mengatakan bahwa semikonduktor 2D yang praktis harus ditumbuhkan langsung pada material seperti silika atau silikon.

Meskipun Pope merasa khawatir, ia menyebut penelitian itu sebagai "ilmu pengetahuan yang bagus" dan khususnya bermanfaat bagi para ilmuwan yang bekerja dengan MTB.