Teknologi Semikonduktor

Teknologi Semikonduktor Sekarang dan yang Akan Datang
Wilson Walery Wenas

Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah 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 mikroelektronika. Bidang ini biasanya dianalogikan dengan tiga kata bahasa Inggris yang mempengaruhi kehidupan modern yaitu Computer, Component dan communication. Untuk komputer, topik utama dalam bidang ini adalah bagaimana membuat komputer menjadi lebih cepat, lebih ramping dengan fungsi yang lebih kompleks dan komsumsi daya yang makin kecil. Untuk tujuan tersebut, terdapat dua pendekatan yang saling mendukung yakni dari segi hardware dan software. Dari segi hardware adalah bagaimana membuat transistor sebagai komponen aktif terkecil menjadi semakin kecil dan berkecepatan tinggi. Dari segi software adalah bagaimana mendesain rangkaian terpadu (integrated circuit) yang makin kompleks menjadi semakin ramping dan kompak. Tulisan di bawah ini membahas mengenai pendekatan dari segi hardware yakni perkembangan dari divais-divais elektron (elektron devices) saat ini dan yang akan datang sebagai komponen dasar peralatan semikonduktor/elektronika, dengan tinjauan dari sudut material semikonduktor itu sendiri.

Teknologi Silikon

Pembahasan tentang divais semikonduktor tentunya tidak bisa lepas dari material semikonduktor itu sendiri sebagai bahan dasar pembuatan divais tersebut. Silikon (Si) dengan persediaan yang berlimpah di bumi dan dengan teknologi pembuatan kristalnya yang sudah mapan, telah menjadi pilihan dalam teknologi semikonduktor. Silikon very large scale integration (VLSI) telah membuka era baru dalam dunia elektronika di abad ke-20 ini. Kebutuhan akan kecepatan yang lebih tinggi dan unjuk kerja yang lebih baik dari komputer telah mendorong teknologi silikon VLSI ke silikon ultra high scale integration (ULSI). Saat ini metaloxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) masih dominan sebagai divais dasar teknologi integrated circuit (IC). Dimensi dari MOSFET menjadi semakin kecil dan akan menjadi sekitar 0,1 mikron untuk ukuran giga-bit dynamic random acces memories (DRAMs). Beberapa masalah yang timbul dalam usaha memperkecil dimensi dari MOSFET antara lain efek short channel dan hot carrier yang akan mengurangi unjuk kerja dari transistor itu sendiri.

Walaupun sudah banyak kemajuan yang dicapai, pertanyaan yang selalu muncul adalah sampai seberapa jauh limit pengecilan yang dapat dilakukan ditinjau dari segi proses produksi, sifat fisika dari divais itu sendiri dan interkoneksinya. Banyak masalah dari segi fabrikasi yang dapat menjadi penghambat. Sebagai salah satu contoh keterbatasan dari proses produksi adalah teknik lithography yaitu teknik yang diperlukan untuk merealisasikan desain sirkuit ke lempengan (waver) silikon dalam proses fabrikasi IC. Dengan menggunakan cahaya sebagai sumber berkas, dimensi dari lithography dengan sendirinya akan dibatasi oleh panjang gelombang dari cahaya itu sendiri. Oleh sebab itu dikembangkan teknik lithography yang lain menggunakan sinar-X dan berkas elektron. Dengan menggunakan kedua teknik ini tidak terlalu ekonomis untuk digunakan pada proses produksi IC secara massal. Dari uraian di atas, terlihat masih adanya beberapa masalah yang akan timbul dalam proses fabrikasi IC di masa yang akan datang.

Teknologi berbasis silikon

Seperti diketahui, ditinjau dari struktur elektronikanya, material semikonduktor dapat dibedakan atas dua jenis yaitu yang memiliki celah pita energi langsung (direct bandgap) dan celah pita energi tidak langsung (indirect bandgap). Silikon adalah material dengan celah energi yang tidak langsung, di mana nilai minimum dari pita konduksi dan nilai maksimum dari pita valensi tidak bertemu pada satu harga momentum yang sama. Ini berarti agar terjadi eksitasi dan rekombinasi dari membawa muatan diperlukan perubahan yang besar pada nilai momentumnya. Dengan kata lain, silikon sulit memancarkan cahaya. Sifat ini menyebabkan silikon tidak layak digunakan sebagai piranti fotonik/optoelektronik, sehingga tertutup kemungkinan misalnya membuat IC yang di dalamnya terkandung detektor optoelektronik atau suatu sumber pemamcar cahaya dengan hanya menggunakan material silikon saja. Beberapa usaha telah dilakukan untuk mengatasi hal ini antara lain dengan mengembangkan apa yang dikenal sebagai bandgap engineering. Salah satu contohnya adalah menumbuhkan struktur material SiGe/Si straitned layer superlattice. Parameter mekanik strain yang timbul karena perbedaan konstanta kisi kristal antara lapisan SiGe dan Si tersebut akan mempengaruhi struktur elektronik dari material di atas sehingga muncul efek brillioun-zone folding yang mengubah struktur pitanya menyerupai material dengan celah energi langsung (direct bandgap). Kombinasi dari kedua material tersebut memungkinkan terjadinya pemancaran dan penyerapan cahaya. Cara lain yang juga popular untuk memperbaiki sifat optik dari silikon adalah apa yang dinamakan material silikon porous. Dengan pelarutan secara elektrokimia, pada lempeng silikon dapat berbentuk lubang-lubang yang berukuran puluhan angstrom. Dengan bantuan sinar laser, akan dapat dilihat dengan mata telanjang pemancaran cahaya dari material silikon tersebut. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan menggunakan model two-dimensional quantum confinement. Kelemahan dari teknik ini adalah sifat reproducibility-nya yang rendah. Kemajuan-kemajuan di atas membuka era baru bagi material silikon dan panduannya untuk diaplikasikan pada divais optoelektronika.

Teknologi GaAs

Salah satu hambatan dari teknologi silikon adalah sifat listrik yang berhubungan dengan rendahnya mobilitas pembawa muatan dari material silikon ini. Mobilitas adalah parameter yang menyatakan laju dari pembawa muatan dalam semikonduktor bila diberi medan listrik. Untuk membuat piranti berkecepatan tinggi, galium arsenide (GaAs) dan material-material panduannya telah dipertimbangkan sebagai material pengganti silikon. Selain untuk divais elektron, material ini juga digunakan divais fotonik/laser dan divais gelombang mikro (microwave device). GaAs adalah material semikonduktor dari golongan III-V yang memiliki mobilitas elektron sekitar enam kali lebih tinggi dari silikon pada suhu ruang. Material ini bertipe celah energi langsung. Dengan memanfaatkan kelebihan ini, telah berhasil dibuat transistor yang disebut high electron mobility transistor (HEMT), menyusul transistor yang lebih dahulu popular untuk teknologi GaAs yaitu metal semiconductor field effect transistors (MESFET). Struktur dari HEMT mirip dengan MOSFET, tapi dengan menggunakan teknik modulasi doping, di mana elektron dapat dipisahkan dari ion pengotornya dan bergerak dalam sumur potensial dua dimensi (2DEG) dengan kecepatan tinggi. Pengembangan IC dengan berbasis material GaAs saat ini juga sedang ramai diteliti. Beberapa tahun yang lalu telah berhasil dibuat 64 kb static random access memory (SRAM) yang berkecepatan tinggi sebesar 2ns dengan menggunakan teknologi HEMT berukuran 0,6 mikron. Transistor berkecepatan tinggi lainnya yang sedang dikembangkan adalah heterojunction bipolar transistor (HBT). Struktur dari transistor ini adalah sambungan npn di mana emiter menggunakan material dengan celah energi yang lebih besar dibandingkan dengan base dan kolektor. Pada kondisi ini, diharapkan resistansi dari base dan kapasitansi dari sambungan base-emitter akan dapat direduksi sehingga dapat diperoleh frekuensi maksimum osilasi (fmaks) yang tinggi. Saat ini sudah dibuat HBT dengan fmaks 200 GHz. Walaupun banyak kemajuan yang sudah dicapai, banyak orang meragukan kemampuan teknologi GaAs ini untuk dapat bersaing dengan teknologi silikon dalam orde 0,1 mikron atau yang lebih kecil. Itulah sebabnya, banyak perusahaan semikonduktor terutama di Amerika Serikat yang tidak menganggap teknologi GaAs ini sebagai pengganti silikon.

Divais kuantum

Dewasa ini, perhatian besar juga diberikan pada struktur semikonduktor berdimensi rendah (low-dimensional semiconductor) seperti quantum well (2D), quantum wire (1D) dan quantum dot (0D). Struktur seperti ini adalah pembuka jalan ke era fabrikasi nanoteknologi dan divais kuantum (quantum device). Telah diketahui bahwa bila elektron dikurung dalam daerah potensial dengan dimensi yang sama dengan panjang gelombangnya maka akan muncul sifat gelombang elektron dan berbagai fenomena kuantum akan dapat diamati. Beberapa fenomena kuantum dapat mengurangi performansi dari divais itu sendiri sedangkan fenomena yang lain dapat memacu terciptanya divais kuantum yang baru. Beberapa divais kuantum seperti wire-transistor, single-electron transistor sudah berhasil dibuat dan menunjukkan kecepatan yang tinggi. Permasalahan yang timbul dari divais yang dibuat berdasarkan struktur semikonduktor dimensi rendah ini adalah arus drive yang rendah sehingga masih sulit untuk diaplikasikan. Secara umum, permasalahan yang dihadapi divais kuantum ini adalah operasi kerjanya yang masih harus dilakukan pada suhu rendah (seperti suhu helium cair : 4,2K) agar dapat diamati fenomena kuantum secara jelas. Hal ini tentunya akan menaikkan ongkos pembuatan sehingga belum menarik untuk diproduksi.

Intelligent material

Dari uraian di atas terlihat bahwa meskipun perkembangan divais semikonduktor dewasa ini sangat cepat, beberapa hambatan sudah mulai terlihat. Pertanyaan yang muncul adalah apakah usaha-usaha untuk memperbaiki performasi dari divais semikonduktor dapat terus dilakukan dengan pola yang ada sekarang ini atau harus dicari pola yang lain. Pola yang ada sekarang adalah bahwa dalam teknologi IC, transistor sebagai divais aktif dasar hanya mempunyai satu fungsi saja dan kemudian diubah menjadi berfungsi banyak dengan bantuan disain sirkuit dan software. Dengan berkembangnya permintaan untuk menciptakan suatu rangkaian terpadu yang makin kompleks, beban yang ditanggung oleh disain software akan makin berat sehingga kemungkinan besar sulit untuk direalisasikan. Untuk itu, dari pihak hardware, haruslah dilakukan usaha untuk dapat membantu meringankan beban tersebut. Salah satu usul adalah menciptakan divais yang multifungsi sehingga divais menjadi lebih adaptif. Divais seperti ini dapat direalisasikan dengan menggunakan apa yang disebut sebagai intelligent material. IC yang terbuat dari divais yang adaptif seperti ini akan menjadi bermultifungsi tanpa harus membebani disain software yang makin kompleks.

Tantangan di Indonesia

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 divais dan proses produksi. Sebagai teknologi tinggi, teknologi semikonduktor saat ini hanya terpusat di negara-negara industri dan negara industri baru saja karena memang membutuhkan biaya riset yang besar dan banyak tenaga ahli. Untuk Indonesia, langkah terbaik yang harus dilakukan adalah secepat mungkin terlibat dalam teknologi ini sehingga tidak jauh tertinggal. Prioritas pengembangan harus dapat ditentukan sendiri tanpa harus mengikuti jejak dari negara-negara yang sudah lebih dahulu maju dengan teknologi ini. Hal ini tentunya harus dikaitkan dengan peluang kompetisi yang masih tersisa. Negara-negara industri baru di Asia sudah membuktikan bahwa selalu ada peluang yang dapat ditempuh. Salah satu langkah konkrit yang mendesak saat ini adalah memperbanyak para ahli yang menguasai teknologi ini sehingga dapat terbentuk suatu masyarakat semikonduktor ynag dapat bekerja sama.

Sumber : Elektro Indonesia 5/1996

Fenomena Segitiga Bermuda

Tak semua pertanyaan ada jawabannya. Demikian pula dengan sejumlah peristiwa dan fenomena alam di bumi ini. Tak semua (belum) bisa dijelaskan. Mulai edisi ini, Angkasa mencoba mengangkatnya. Menarik untuk diikuti.

Bagi Anda yang gemar kisah misteri, pasti mengenal Segitiga Bermuda. Wilayah laut di selatan Amerika Serikat dengan titik sudut Miami (di Florida), Puerto Rico (Jamaica), dan Bermuda ini, telah berabad-abad menyimpan kisah yang tak terpecahkan. Misteri demi misteri bahkan telah dicatat oleh pengelana samudera macam Christopher Columbus.

Sekitar 1492, ketika dirinya akan mengakhiri perjalanan jauhnya menuju dunia barunya, Amerika, Columbus sempat menyaksikan fenomena aneh di wilayah ini. Di tengah suasana laut yang terasa aneh, jarum kompas di kapalnya beberapa kali berubah-ubah. Padahal cuaca saat itu begitu baik.

Lebih dari itu, tak jauh dari kapal, pada suatu malam tiba-tiba para awaknya dikejutkan dengan munculnya bola-bola api yang terjun begitu saja ke dalam laut. Mereka juga menyaksikan lintasan cahaya dari arah ufuk yang kemudian menghilang begitu saja.

Begitulah Segitiga Bermuda. Di wilayah ini, indera keenam memang seperti dihantui 'suasana' yang tak biasa. Namun begitu rombongan Columbus masih terbilang beruntung, karena hanya disuguhi 'pertunjukkan'. Lain dengan pelintas-pelintas yang lain.

Menurut catatan kebaharian, peristiwa terbesar yang pernah terjadi di wilayah ini adalah lenyapnya sebuah kapal berbendera Inggris, Atalanta, pada 1880. Tanpa jejak secuilpun, kapal yang ditumpangi tiga ratus kadet dan perwira AL Inggris itu raib di sana. Selain Atalanta, Segitiga Bermuda juga telah menelan ratusan kapal lainnya.

Di lain kisah, Segitiga Bermuda juga telah membungkam puluhan pesawat yang melintasinya. Peristiwa terbesar yang kemudian terkuak sekitar 1990 lalu adalah raibnya iring-iringan lima Grumman TBF Avenger AL AS yang tengah berpatroli melintas wilayah laut ini pada siang hari 5 Desember 1945. Setelah sekitar dua jam penerbangan komandan penerbangan melapor, bahwa dirinya dan anak buahnya seperti mengalami disorientasi. Beberapa menit kemudian kelima TBF Avenger ini pun raib tanpa sempat memberi sinyal SOS.

Anehnya, misteri Avenger tak berujung di situ saja. Ketika sebuah pesawat SAR jenis Martin PBM-3 Mariner dikirim mencarinya, pesawat amfibi gembrot dengan tigabelas awak ini pun ikut-ikutan lenyap. Hilang bak ditelan udara. Keesokan harinya ketika wilayah-wilayah laut yang diduga menjadi tempat kecelakaan keenam pesawat disapu enam pesawat penyelamat pantai dengan 27 awak, tak satu pun serpihan pesawat ditemukan. Ajaib.

Tahun demi tahun berlalu. Sekitar 1990, tanpa dinyana seorang peneliti berhasil menemukan onggokan kerangka pesawat di lepas pantai Fort Launderdale, Florida. Betapa terkejutnya orang-orang yang menyaksikan. Karena, ketika dicocok kan, onggokan metal itu ternyata bagian dari kelima TBF Avenger.

Hilangnya C-119

Kisah ajaib lainnya adalah hilangnya pesawat transpor C-119 Flying Boxcar pada 7 Juni 1965. Pesawat tambun mesin ganda milik AU AS bermuatan kargo ini, hari itu pukul 7.47 lepas landas dari Lanud Homestead. Pesawat dengan 10 awak ini terbang menuju Lapangan Terbang Grand Turk, Bahama, dan diharapkan mendarat pukul 11.23.

Pesawat ini sebenarnya hampir menuntaskan perjalanannya. Hal ini diketahui dari kontak radio yang masih terdengar hingga pukul 11. Sesungguhnya memang tak ada yang mencurigakan. Kerusakan teknis juga tak pernah dilaporkan. Tetapi Boxcar tak pernah sampai tujuan.

"Dalam kontak radio terakhir tak ada indikasi apa-apa bahwa pesawat tengah mengalami masalah. Namun setelah itu kami kehilangan jejaknya," begitu ungkap juru bicara Penyelamat Pantai Miami. "Besar kemungkinan pesawat mengalami masalah kendali arah (steering trouble) hingga nyasar ke lain arah," tambahnya.

Seketika itu pula tim SAR terbang menyapu wilayah seluas 100.000 mil persegi yang diduga menjadi tempat kandasnya C-119. Namun hasilnya benar-benar nihil. Sama seperti hilangnya pesawat-pesawat lainnya di wilayah ini, tak satu pun serpihan pesawat atau tubuh manusia ditemukan.

"Benar-benar aneh. Sebuah pesawat terbang ke arah selatan Bahama dan hilang begitu saja tanpa jejak," demikian komentar seorang veteran penerbang Perang Dunia II.

Seseorang dari Tim SAR mengatakan, kemungkinan pesawat jatuh di antara Pulau Crooked dan Grand Turk. Bisa karena masalah struktur, ledakan, atau kerusakan mesin. Kalau memang pesawat meledak, kontak radio memang pasti tak akan pernah terjadi, tetapi seharusnya kami bisa menemukan serpihan pecahannya. Begitu pula jika pesawat mengalami kerusakan, mestinya sang pilot bisa melakukan ditching (pendaratan darurat di atas air). Pasalnya, cuaca saat itu dalam keadaan baik. Dalam arti langit cerah, ombak hanya sekitar satu meter, dan angin hanya 15 knot.

Analisis selanjutnya memang mengembang kemana-mana. Namun tetap tidak menghasilkan apa-apa. Kasus C-119 Flying Boxcar pun terpendam begitu saja, sampai akhirnya pada tahun 1973 terbit artikel dari International UFO Bureau yang mengingatkan kembali sejumlah orang pada kasus ajaib tersebut.

Dalam artikel ini dimuat kesaksian astronot Gemini IV, James McDivitt dan Edward H. White II, yang justru membuat runyam masalah. Rupanya pada saat-saat di sekitar raibnya C-119, dia kebetulan tengah mengamati wilayah di sekitar Karibia. Gemini kebetulan memang sedang mengawang-awang di sana. Menurut catatan NASA, pada 3 sampai 7 Juni 1965 keduanya tengah melakukan eksperimen jalan-jalan ke luar kapsul Gemini dengan perlengkapan yang dirahasiakan.

Menurut Divitt, dia melihat sebuah pesawat tak dikenal (UFO) dengan semacam lengan mekanik kedapatan sedang meluncur di atas Karibia. Beberapa menit kemudian Ed White pun menyaksikan obyek lainnya yang serupa. Sejak itulah lalu merebak isu, C-119 diculik UFO. Para ilmuwan pun segera tertarik menguji kesaksian ini. Tak mau percaya begitu saja, mereka mengkonfirmasi obyek yang dilihat kedua astronot dengan satelit-satelit yang ada disekitar Gemini IV. Boleh jadi 'kan yang mereka salah lihat ? Maklum saat itu (hingga kini pun), banyak pihak masih menilai sektis terhadap kehadiran UFO.

Ketika itu kepada kedua astronot disodori gambar Pegasus 2, satelit raksasa yang memang memiliki antene mirip lengan sepanjang 32 meter dan sejumlah sampah satelit yang ada di sekitar itu. Namun baik dari bentuk dan jarak, mereka menyanggah jika telah salah lihat.

"Sekali lagi saya tegaskan, dengan menyebut UFO 'kan tak berarti saya menunjuk pesawat ruang angkasa dari planet lain. Pengertian UFO sangat universal. Bahwa jika saya melihat pesawat yang menurut penilaian saya tak saya kenal, tidakkah layak jika saya menyebutnya sebagai UFO?" sergah Divitt.

Begitulah kasus C-119 Flying Boxcar yang tak pernah terpecahkan hingga kini. Diantara kapal atau pesawat yang raib di wilayah Segitiga Bermuda kisahnya memang senantiasa sama. Terjadi ketika cuaca sedang baik, tak ada masalah teknis, kontak radio berjalan biasa, tetapi si pelintas tiba-tiba menghilang begitu saja. Tanpa meninggalkan jejak sama sekali.

Banyak teori kemudian dihubung-hubungkan dengan segala kejadian di sana. Ada yang menyebut teori pelengkungan waktu, medan gravitasi terbalik, abrasi atmosfer, dan ada juga teori anomali magnetik-gravitasi. Selain itu ada juga yang mengaitkannya dengan fenomena gampa laut, serangan gelombang tidal, hingga lubang hitam (black-hole) yang hanya terjadi di angkasa luar sana. Aneh-aneh memang analisanya, namun tetap saja tak ada satu pun yang bisa menjelaskannya. (adr)

New Template

mungkin gw termasuk bloging baru....ada yang tau caranya buat mempercantik blog dengan template2 yang berisi informasi ynag bisa memberikan wawasan kepada semua orang....., please help me..