Hingga era ini, semikonduktor merupakan bahan yang paling ditunggu-tunggu perkembangannya. Gaya hidup zaman ini tak lepas dari peran besar semikonduktor yang menjadi titik utama pada device-device serbaguna bagi manusia. Adalah sebuah chip, otak dari segala pemroses baik pada PC, gadget, embedded system dan lain-lainnya, yang tersusun oleh transistor-transistor yang merupakan hasil pengolahan dari bahan semikonduktor. Perkembangan semikonduktor melekat pada suatu tolak ukur keberhasilan, yakni : semakin kecil, semakin cepat dan semakin murah. Para peneliti terus mencari cara bagaimana bahan-bahan semikonduktor dapat memenuhi tiga kriteria tersebut agar terciptanya semikonduktor ideal dan lebih baik daripada sebelumnya.
Chip tersusun dari bahan semikonduktor yaitu Silikon. Chip saat ini terbuat dari wafer siilikon berbentuk lingkaran dengan diameter 30 mm (12 inci) dan tebal kurang dari 1 mm. Wafer ini nantinya akan mengalami proses pemotongan hingga menjadi bagian-bagian kecil yang dapat kita sebut chip. Namun, akan ada suatu ketika dimana para peneliti, insinyur, dan kalangan apapun menemukan titik batas perkembangan semikonduktor sebagai bahan dasar chip. Titik batas itu adalah dimana chip silikon konvensional telah mencapai batas ukuran skala atom pada rangkaian-rangkaian transistornya.
Dari tahun 1963, transistor yang digunakan pada bahan semikonduktor memiliki konsep yang sama, yaitu bekerja seperti saklar dengan komputasi digital 1/0 untuk merepresentasikan mengalir atau tidaknya arus listrik. Namun, secara fisik transistor mengalami penciutan yang sangat signifikan. Hingga saat ini ukuran transistor yang paling kecil terdapat pada Xeon Server Chip oleh Intel, yang dikemas dengan 4.3 miliar transistor. Chip keluaran Intel dan Samsung saat ini memiliki lebih dari 10000 transistor yang muat dalam satu sel darah merah dengan diameter sekitar 7000nm. Setelah 4 generasi proses miniaturisasi, 160000 transistor dapat muat dalam ukuran sel darah merah yang sama. Dengan kenyataan transistor sudah mencapai ukuran sekecil itu, sangat memungkinkan untuk transistor sudah tidak bisa diperkecil lagi, dikarenakan komponen transistor tersebut nantinya hanya akan sebesar beberapa atom. Walaupun begitu, para peneliti terus mencari cara agar dapat mengembangkan penggunaan bahan semikonduktor untuk chip masa depan dengan melakukan beberapa pendekatan pada teori-teori tertentu.
Cara awal yang digunakan untuk menyiasati hal itu adalah dengan menumpukkan chip-chip tipis menjadi sebuah lapisan. Tumpukan ini menjadi alternatif yang baik yang dapat menampung lebih banyak transistor dengan ukuran chip yang sangat kecil, daripada harus memperluas permukaan chip tersebut. namun, semakin kecil ukuran transistor ternyata membuat harga chip semakin mahal. Hal ini disebabkan semakin banyaknya jumlah transistor yang digunakan. Kekurangan dari pendekatan miniaturisasi maupun tumpukan ini adalah kenyataan bahwa untuk membuat chip yang lebih kecil dan lebih cepat, pembuatannya akan semakin mahal. Maka, untuk menyiasati hal tersebut, hal yang harus dimodifikasi berikutnya adalah bahan dari semikonduktor itu sendiri, yaitu Silikon.
Silikon adalah unsur golongan IV pada tabel periodik. Salah satu cara untuk menyiasati penggunaan bahan semikonduktor selain silikon adalah dengan melibatkan elemen dari kedua sisi kolom golongan IV pada tabel periodik, yaitu bahan-bahan golongan III-V atau biasa disebut “three-five”.
Proses pembuatan chip III-V sama seperti pembuatan chip pada umumnya. Hanya saja, chip tersebut memiliki elemen baru sebagai lapisan atas yang berasal dari unsur III-V tadi. Lapisan atas tersebut dapat membuat elektron mengalir lebih cepat, dikarenakan semikonduktor golongan III-V memiliki sifat kelistrikan dengan elektron yang lebih mudah berpindah daripada silikon. Alternatif chip III-V ini memberi solusi chip dengan konsumsi daya yang lebih rendah, dan dapat diprediksi menjadi chip masa depan. Prediksi tersebut dipegang oleh Efficient Power Consumption (EPC), terutama atas riset mereka mengenai Galliun Nitrida (GaN) yang dipercaya mampu meningkatkan kinerja chip 1000x lipat daripada silikon konvensional.
Tidak hanya EPC yang berani memprediksi chip masa depan, IBM juga turut melakukan riset mengenai hal ini. IBM meletakkan kepercayaan mereka pada salah satu alternatif semikonduktor lain selain silikon, yaitu carbon. Terdapat dua bentuk carbon yang diyakini mampu menggantikan posisi silikon, yakni Graphene dan nanotube. Potensi besar dari carbon adalah carbon dapat mengalami miniaturisasi lebih jauh daripada silikon konvensional. Hal ini memungkinkan chip dapat bekerja lebih cepat walaupun ukurannya tidak diperkecil, karena chip tersebut telah mengandung jauh lebih banyak transistor apabila terbuat dari carbon. Namun, sifat carbon yang bisa diperkecil lebih jauh lagi ternyata dapat memberikan kesulitan pada saat pembuatan chip tersebut. Nanotube sulit untuk dibentuk secara presisi. Sementara, Graphene, dipercayai oleh Intel sebagai transistor yang jelek. Riset masih terus dilakukan, dan IBM memprediksi nanotubes-lah yang akan menjadi prosesor dua atau tiga generasi kedepan.
Selain mencari unsur pengganti chip silikon konvensional, terdapat pendekatan lain yang mengacu pada metode kerja transistor, yaitu Spintronics. Spintronics menggunakan metode dengan memanfaatkan putaran partikel elektron untuk memproses informasi. Walaupun putaran elektron tidak terlihat, putaran elektron tetap bisa diukur dengan medan magnet. Perbedaan arah putaran tersebut dapat direpresentasikan dengan 1 dan 0 sesuai dengan dasar komputasi digital. Hal yang membuat spintronics dapat menjanjikan adalah efisiensi energi yang dimilikinya. Efisiensi energi tersebut berdasarkan cara spintronics yang tidak lagi memproses informasi berdasarkan muatan negatif elektron, yang berarti hanya akan mengonsumsi daya dalam jumlah sangat kecil. Namun, kekurangan spintronics adalah kurangnya efisiensi waktu. Apabila sebuah komputer menggunakan spintronics pada interior terdalamnya, komputer tersebut masih bergantung dengan perangkat elektronik konvensional untuk berkomunikasi dengan memori, drives, dan jaringannya. Sehingga translasi data dan instruksi dilakukan diantara dua zona dan memakan waktu cukup lama dibanding silikon konvensional. IBM percaya bahwa spintronics bukanlah pengganti silikon, namun dapat bermanfaat untuk teknologi yang tidak perlu pemrosesan yang cepat tetapi butuh konsumsi daya rendah.
Masih banyak lagi pendekatan-pendekatan yang terus dilakukan oleh para peneliti mengenai alternatif yang akan manusia gunakan selanjutnya sebagai pengganti chip silikon konvensional di masa depan. Nantinya, tidak ada lagi yang dapat menghambat industri untuk terus berinovasi dalam eksperimen-eksperimen bahan semikonduktor yang dapat menyediakan chip dengan kinerja sangat cepat, ukuran yang sangat kecil dan dapat dimiliki oleh semua orang.
Sumber :
http://cnet.com/news/life-after-silicon-how-the-chip-industry-will-find-a-new-future/
http://www.extremetech.com/computing/170356-beyond-7nm-and-silicon-the-first-iii-v-cmos-wafers-roll-off-production-lines
http://physics.umd.edu/rggroups/spin/intro.html
http://www.techweekeurope.co.uk/workspace/intel-promises-5nm-silicon-92567