Home / Artikel / Galium Arsenida, Mampukah Menggeser Peran Cepis Silikon?

Galium Arsenida, Mampukah Menggeser Peran Cepis Silikon?

REGENERASI di dunia komputer, penggantian teknologi usang dengan yang lebih baru agaknya tidak akan berakhir. Beberapa tahun lalu di kalangan pengguna komputer Apple yang memakai prosesor (CPU) keluaran Motorola seri 6502 atau 6800 masih terbilang populer. Akan tetapi setelah keluar prosesor Intel 8086 untuk komputer pribadi (PC)-XT, komputer Apple mulai ditinggalkan pemakainya.

Kini bermunculan prosesor yang lebih canggih lagi dibandingkan 8086, baik kecepatannya dalam memproses instruksi maupun fasilitas lain untuk memanipulasi data, dan kemampuan memorinya mengakses data. Sebagai contoh prosesor yang lebih baru itu adalah seri 80826, 80836, dan 80846 yang semuanya merupakan produk Intel Corp, AS. Teknologi prosesor tersebut berdasarkan teknologi semi penghantar silikon sudah dimanfaatkan sejak kurang lebih dua puluh lima tahun lalu.

Cepis silikon
Hampir semua teknologi cepis sekarang memanfaatkan bahan semi penghantar silikon sebagai komponen penyusun utama. Silikon dipilih sebagai unsur semi penghantar karena unsur terdahulu yaitu germanium tidaklah menampilkan karakteristik yang baik terutama untuk suhu kerja yang tinggi dan kekuatan mekanisnya.

Silikon dimanfaatkan untuk berbagai keperluan yakni, untuk menciptakan transistor, cepis penguat operasional, cepis untai terpadu baik skala LSI (large scale integration), VLSI (very large scale integration) di mana untai-untai tersebut dirangkai membentuk satu sistem elektronika untuk berbagai keperluan. Beberapa contohnya adalah untuk pengendalian suhu suatu microwave oven, pengendalian kecepatan putar motor induksi yang bekerja di pabrik-pabrik sampai untuk pengendalian pesawat terbang yang lazim dikenal sebagai sistem fly by wire, yakni mengganti semua rangkaian mekanik sistem kendali pesawat dengan sistem elektronika dan komputer.

Teknologi fabrikasi cepis silikon ini sekarang mengarah pada pembuatan rangkaian terpadu yang tersusun dari ribuan transistor dan komponen pasif lainnya seperti resistor, kapasitor, dan induktor dengan dimensi sekecil-kecilnya, dan harga semurah-murahnya. Karenanya kini banyak dijumpai PC dengan ukuran mini misalnya laptop (Toshiba T 4400 SX yang panjangnya 29,7 cm, Lebar 21 cm dan tebal 5,6 cm). Komputer mini ini beratnya hanya 3,3 kg, namun kemampuannya tidak kalah dengan komputer desktop sejenis dengan CPU Intel 80486 SX yang ukurannya lebih besar. Bahkan kini ada produk komputer notebook yang ukurannya lebih kecil lagi.

Lebih murah
Dilihat dari harganya paling tidak ada tiga unsur yang menyebabkan cepis murah. Yaitu, karena untainya semakin kecil, sedikitnya jumlah komponen pada untai elektronika, semakin besar wafer (bahan dasar pembuat cepis silikon) yang mampu dibuat.

Banyak peneliti komponen dan material semikonduktor yang masih meragukan apakah cepis silikon yang ada sekarang dapat diperkecil lagi dan jika bisa diperkecil, sampai berapa ukuran minimum yang bisa dicapai. Beberapa peneliti mengembangkan teknik litografi optik berbasis cahaya ultra violet yang sudah mapan, yang selama ini digunakan untuk menciptakan wafer silikon dalam skala besar, ada pula yang mengembangkan teknologi litografi sinar-X dan juga teknik litografi sinar elektron.

Pada tahun 1970, para parancang cepis memperkirakan kecenderungan miniaturisasi cepis berhenti pada sambungan p-n yang berjarak 0,5 mikrometer. Sambungan p-n berupa dua unsur semi penghantar jenis p (miskin elektron) dan jenis n (kaya elektron) yang disambungkan menjadi satu. Sambungan ini dipakai sebagai dasar pembuatan transistor sebagai komponen utama penyusun suatu untai terpadu (IC). Hipotesa di atas ternyata keliru karena para sarjana peneliti kompoanen di laboratoritim IBM York-town Height, New York AS dapat menyempurnakan teknik pembuatan cepis dengan sambungan p-n setipis 0,1 mikrometer dengan teknik litoagrafi sinar elektron.

Sekarang ini cepis untai terpadu silikon dibuat dengan teknik litografi dengan cahaya ultra violet. Dalam proses ini pola-pola rangkaian yang berurutan ditransfer dengan fotografi pada irisan tipis atau wafer dari kristal tunggal silikon, selanjutnya dipotong-potong menjadi cepis-cepis yang berdiri sendiri. Dengan kata lain pola-pola rangkaian elektronika yang dirancang, diperkecil dengan cara fotografi ke silikon wafer. Prosesnya sama dengan cara memperkecil suatu pasfoto. Ukuran terkecil miniaturisasi ini dibatasi oleh panjang gelombang cahaya ultra violet yaitu sebesar 0,25 mikrometer. Teknik litografi sinar-X dan litografi elektron dapat mengatasi masalah panjang gelombang ini, karena panjang gelombang sinar-x maupun elektron lebih pendek dibanding panjang gelombang sinar ultra violet sehingga diperoleh ukuran yang lebih kecil dari 0,25 mikrometer, akan tetapi untuk memproduksi cepis secara masal dianggap masih mahal.

Galium arsenida
Meskipun cepis silikon sudah cukup mapan saat ini, tetapi para ahli fisika meterial ingin memperbaiki karakteristik untai berbasis cepis silikon yang ada. Mereka mencari material semi penghantar baru selain silikon. Salah satu semi penghantar yang mendapatkan perhatian adalah Galium Arsenida (GaAs) dan senyawa lainnya yang berkaitan dari unsur pada golongan III dan V tabel periodik. Termasuk aluminium, indium (gol. III) dan fosfor (gol.V).

Senyawa di atas diperlukan untuk menciptakan cepis untuk membangun superkomputer, yang digunakan pada permodelan dan simulasi perubahan iklim global, perancangan pesawat ulang-alik, pesawat tempur dan komersial canggih, mencari dan menghitung persamaan kuantum gelombang dalam reaksi kimia, merancang obat-obatan baru pada aras molekuler serta membuat pemodelan dan simulasi cara kerja syaraf-syaraf otak untuk diadopsi didalam teknik kecerdasan buatan (Artificial Intelligence). Galium arsenida dipilih karena dapat beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dibandingkan silikon, hal ini sangat menguntungkan untuk sistem-sistem komunikasi frekuensi tinggi seperti radar, gelombang mikro dan sebagainya. Keunggulan lainnya adalah pemakaian galium arsenida dalam bidang optoelektronika. Tidak seperti silikon, gallium arsenida mampu mendeteksi dan membangkitkan cahaya. Komputer optik bergantung pada komponen yang dibuat dari GaAs.

Barangkali yang paling menarik dari Galium Arsenida adalah kemampuannya untuk menembus batas terkecil cepis silikon pada aras mekanika kuantum (lazim disebut nanoelektronika sebagai ganti mikroelektronika). Komponen berbasis mekanika kuantum dari Galium Arsenida ini tidak hanya dapat menciptakan komputer yang terkecil dan tercepat prosesnya tetapi juga sangat membantu para ahli untuk memahami perilaku elektron pada aras kuantum.

Pada dasarnya cara kerja komponen elektronika baik itu cepis silikon maupun galium arsenida, tergantung pada gerakan elektron di daerah aktif pada komponen yang bersangkutan. Misalnya pemrosesan data biner logika 0 dan 1 pada komputer digital dapat direalisasi dengan keadaan ”on” dan ”off” saklar elektronik misalnya transistor. Berapa cepat komponen tanggap pada gerakan elektron tergantung waktu yang diperlukan oleh elektron melewati daerah aktif. Ada dua teknik untuk mempercepat gerak elektron yaitu memperkecil ukuran komponen atau mempercepat gerakan elektron. Aras terkecil dan rangkaian terintegrasi yang dapat dibuat tergantung kemudahan teknik fabrikasinya. Cepis silikon dapat difabrikasi sekecil-kecilnya tetapi-bila sudah mencapai batas terkecilnya cepis silikon tak dapat bekerja. Galium Arsenida dapat melampaui batas-batas terkecil komponen berbasis silikon.

Menurut Prof Veljko Milutinovic PhD dari Purdue University, AS, keuntungan lain dari teknologi rangkaian terintegrasi berbasis Galium Arsenida dibanding silikon adalah dengan konsumsi daya yang sama kecepatannya setengah kali lebih tinggi yaitu bila dibandingkan dengan ECL (emitter-coupled logic) rangkaian terintegrasi keluarga silikon yang paling cepat. Keuntungan GaAs lainnya adalah lebih baik di. bandingkan silikon lebih tahan radiasi dibandingkan silikon dan sangat cocok untuk memadukan komponen komponen elektronika dan optik. Selain keuntungan ada juga kerugian galium arsenida dibanding silikon yaitu hanya mampu menampung transistor di dalam wafer lebih kecil dibanding silikon, harga substrat (bahan dasar wafer) lebih mahal, dan wafernya mudah sekali patah pada saat proses fabrikasi. Kendala lain adalah bati derau (noise margin) tidak sebaik silikon, dan sulitnya pengujian dan perancangan untai terpadu Galium Arsenida kecepatan tinggi.

Mampu menggeser silikon?
Kekurangan tersebut merupakan kendala utama bagi GaAs untuk dapat menggantikan peran silikon pada masa mendatang di samping itu teknologi fabrikasi cepis saat ini semuanya masih dengan teknologi berbasis silikon. Tentu akan sulit untuk merombak struktur yang sudah mapan tersebut.

Nampaknya peran silikon tidak akan pernah digantikan secara total oleh galium arsenida, akan tetapi daerah-daerah yang tidak dapat dimasuki teknologi silikon dapat digantikan dengan untai terpadu berbasis gallium arsenida, seperti penerapan untai terpadu ini pada bidang optoelektronika, komunikasi geIombang mikro, radar dan superkomputer.

Ir Barkah Sancoyo, staf pengajar Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana

Sumber: Kompas, tanpa tanggal dan tahun

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.

*

code

x

Check Also

Pemulihan Ekonomi: V, U, atau W?

Kita memang tak hidup dalam dunia yang ideal saat ini. Kita sadar, kebijakan ideal ala ...

%d blogger menyukai ini: