Peneliti China dari Universitas Peking dan Universitas Renmin telah berhasil mengembangkan metode untuk memproduksi semikonduktor indium selenide berkualitas tinggi secara massal, yang dijuluki semikonduktor emas karena karakteristik kinerjanya yang superior. Terobosan ini, yang diterbitkan dalam majalah Science, merupakan langkah signifikan menuju penciptaan chip yang dapat mengungguli teknologi berbasis silikon saat ini.
Pencapaian ini berpusat pada penyelesaian tantangan manufaktur kritis yang telah lama menghalangi indium selenide untuk bergerak melampaui penelitian laboratorium. Tim peneliti mengembangkan teknik inovatif yang melibatkan pemanasan film indium selenide amorf dengan indium padat dalam kondisi tertutup, menciptakan antarmuka cair kaya indium yang menghasilkan kristal berkualitas tinggi dengan rasio atom 1:1 yang tepat yang diperlukan untuk kinerja optimal.
Biaya Material dan Ketersediaan:
- Harga indium: ~$390 USD/kg (kualitas komersial)
- Indium kualitas semikonduktor: biaya 10x+ lebih tinggi
- Kelimpahan: Mirip dengan perak namun lebih tersebar
- Ketergantungan produksi: Hanya sebagai produk sampingan dari penambangan seng
- Ukuran wafer yang dicapai: diameter 5cm
 |
|---|
| Gambar close-up dari wafer semikonduktor, menggambarkan kemajuan teknologi dalam produksi semikonduktor |
Keunggulan Kinerja dibandingkan Silikon
Indium selenide menunjukkan superioritas yang luar biasa dibandingkan silikon dalam metrik kinerja utama. Material ini menawarkan mobilitas elektron 5-10 kali lebih tinggi, beroperasi pada tingkat ketebalan atom, memiliki celah pita yang dapat disesuaikan, menunjukkan kebocoran daya yang lebih rendah, dan memungkinkan kecepatan switching yang lebih cepat. Karakteristik ini membuatnya sangat menarik untuk aplikasi kecepatan tinggi dalam kecerdasan buatan, sistem mengemudi otonom, dan perangkat komunikasi canggih.
Tim peneliti berhasil memproduksi wafer berdiameter 5 sentimeter dan membangun array transistor skala besar yang cocok untuk integrasi langsung ke dalam perangkat chip. Pencapaian ini menandai pertama kalinya seseorang berhasil menciptakan wafer indium selenide berukuran 2 inci dengan kepadatan cacat yang cukup rendah untuk aplikasi komersial.
Perbandingan Performa Indium Selenide vs Silicon:
- Mobilitas elektron: 5-10x lebih tinggi dari silicon
- Ketebalan: Kemampuan ketebalan tingkat atomik
- Bandgap: Dapat disetel (vs tetap pada silicon)
- Kebocoran daya: Lebih rendah dari silicon
- Kecepatan switching: Lebih cepat dari silicon
Kekhawatiran Biaya dan Kelangkaan
Meskipun terjadi terobosan teknis, tantangan signifikan tetap ada terkait kelayakan komersial. Baik indium maupun selenium termasuk di antara elemen paling langka di Bumi, dengan ketersediaan yang mirip dengan perak tetapi memerlukan proses ekstraksi yang jauh lebih kompleks. Material-material ini sangat tersebar di alam, membuat operasi penambangan menjadi sangat sulit dan mahal.
Saat ini, indium berharga sekitar 390 dolar Amerika Serikat per kilogram untuk material murni komersial, tetapi kemurnian tingkat semikonduktor dapat meningkatkan harga hingga sepuluh kali lipat atau lebih. Cadangan global yang terbatas berarti setiap peningkatan signifikan dalam permintaan akan mendorong harga naik secara substansial, karena produksi indium sepenuhnya bergantung pada produk sampingan penambangan seng.
Perlu dicatat bahwa ini adalah teknologi untuk memproduksi material semikonduktor dengan kinerja yang sangat tinggi, tetapi juga dengan biaya yang sangat tinggi, biaya yang tidak mungkin dikurangi, karena baik indium maupun selenium termasuk di antara elemen paling langka di Bumi.
Aplikasi Target:
- Perangkat komunikasi frekuensi tinggi
- Sistem radar militer
- Peralatan pemrosesan AI
- Sistem kendaraan otonom
- Instrumen ilmiah khusus
- Tidak cocok untuk: CPU konsumen, chip memori, semikonduktor daya
Ruang Lingkup Aplikasi Terbatas
Biaya tinggi dan kelangkaan material kemungkinan akan membatasi penggunaannya pada aplikasi khusus bernilai tinggi daripada elektronik konsumen pasar massal. Pakar industri menyarankan indium selenide akan menemukan ceruknya dalam sistem radar militer, peralatan komunikasi frekuensi tinggi, dan instrumen ilmiah khusus yang memerlukan kemampuan pemrosesan sinyal kecepatan tinggi yang luar biasa.
Teknologi ini tidak mungkin menggantikan silikon dalam aplikasi mainstream seperti prosesor komputer, chip memori, atau semikonduktor daya, di mana pertimbangan biaya tetap menjadi yang utama. Sebaliknya, ini merupakan kemajuan untuk aplikasi premium di mana kinerja membenarkan harga premium.
Terobosan ini membuka kemungkinan baru untuk pengembangan semikonduktor generasi berikutnya, meskipun jalur menuju adopsi yang luas akan sangat bergantung pada menemukan cara untuk mengelola tantangan biaya material yang melekat atau menemukan aplikasi alternatif di mana manfaat kinerja mengatasi kendala ekonomi.
Referensi: China develops new method to mass-produce high-quality semiconductors