Transistor Pertama Yang Terbuat Dari Tinta Kristal Nanometer
Transistor adalah bagian utama yang mendasar
untuk membangun sebuah sirkuit elektronik. Transistor berkemampuan untuk
mengubah tegangan listrik atau mengalihkan tegangan tersebut menjadi
kombinasi antara 0 dan 1 untuk digunakan sebagai jantung perhitungan
digital. Fabrikasi transistor adalah proses yang sangat kompleks dan
memerlukan suhu tinggi serta kondisi vakum.
Sekarang, para peneliti asal University of Pennsylvania telah
menunjukkan sebuah pendekatan baru untuk membuat perangkat ini dengan
cara mendeposisi komponen-komponen elektronik dalam suatu tinta kristal
nanometer cair. Penemuan seperti ini membuka pintu untuk menciptakan
komponen listrik yang fleksibel atau untuk tujuan pembuatan aplikasi
tertentu dengan proses yang membutuhkan suhu yang lebih rendah. Proses
pembuatan tinta kristal nanometer cair pada suhu rendah ini, kompatibel
digunakan bersama dengan beragam jenis bahan dan dapat diterapkan pada
aplikasi dengan jangkauan are-area yang lebih besar. Para peneliti pada
bidang kristal nanometer biasanya menciptakan transistor di atas plastik
fleksibel menggunakan pelapis yang bentuknya memuntir, tapi akhirnya
suatu saat akan bisa dibuat dengan menggunakan sistem manufaktur aditif,
seperti menggunakan printer 3-D yang sedang booming saat ini misalnya.
Penelitian yang dipimpin oleh Cherie Kagan beranggotakan, Stephen J.
Angello, seorang profesor di Sekolah Teknik dan Sains Terapan, Ji-Hyuk
Choi, dan seorang anggota dari lab-nya yang sekarang menjadi peneliti
senior di Korea Institute of Geoscience dan Sumber Daya Mineral. Han
Wang, Soong Ju Oh, Taejong Paik dan Pil Sung Jo dari laboratorium Kagan
turut berkontribusi juga dalam penelitian tersebut. Mereka berkolaborasi
juga dengan Christopher Murray, seorang Profesor Pengetahuan
Terintegrasi Penn dengan mengadakan pertemuan di Sekolah Seni Ilmu dan
Teknik Penn. Kemudian setelah diadakan pertemuan tersebut, anggota lab
dari Profesor Murray juga turut berpartisipasi yaitu Xingchen Ye,
Benjamin Diroll, dan Jinwoo Sung dari Universitas Yonsei Korea.
Para peneliti tersebut memulai penelitian dengan menggunakan kristal
nanometer atau partikel nanometer dengan struktur yang kasar dan bulat.
Bahan tersebut berkaitan dengan kualitas tegangan listrik yang
diperlukan untuk pembuatan transistor. Kemudian dilakukan penyebaran
partikel-partikel ini dalam suatu cairan untuk membuat tinta kristal
nanometer.
Kelompok Kagan bertugas mengembangkan bahan untuk membuat tinta
kristal nanometer yang membutuhkan bahan-bahan seperti konduktor
(perak), isolator (aluminium oksida), semikonduktor (selenide kadmium)
dan konduktor digabungkan dengan dopan (campuran perak dan indium).
Dopan berfungsi sebagai pelapis semikonduktor transistor yang dilengkapi
dengan pengontrol terhadap pengotor muatan sehingga perangkat dapat
mentransmisikan muatan positif atau negatif dengan baik.
“Bahan-bahan yang digunakan tadi adalah golongan koloid seperti
halnya tinta yang biasa digunakan di printer inkjet Anda,” kata Kagan.
“Tetapi Anda bisa mendapatkan semua karakteristik yang Anda inginkan dan
diharapkan dari bahan massal analog seperti bahan yang bersifat
konduktor, semikonduktor atau isolator.
“Pertanyaan yang kami pikirkan adalah apakah mungkin bahan-bahan
tersebut diletakkan dan disusun di atas permukaan sedemikian rupa yang
sangat kecil untuk membentuk transistor fungsional?”
Sifat listrik dari beberapa bahan tinta kristal nanometer ini telah
diverifikasi secara independen (setiap bahan yang digunakan untuk
pembuatan tinta sudah diketahui dapat menghantarkan listrik dengan
baik), tetapi bahan-bahan tersebut tidak pernah digabungkan menjadi
sebuah perangkat.
“Ini adalah pekerjaan yang baru pertama kali dilakukan,” ungkap Choi.
“Menunjukkan bahwa semua komponen yang digunakan dapat dibuat dari
kristal skala nanometer. Semua komponen yang dimaksudkan adalah logam,
isolasi, dan lapisan semikonduktor transistor, dan bahkan doping
semikonduktor.”
Proses pembuatan transistor ini memerlukan pelapisan atau pencampuran
semua komponen dalam pola yang tepat. Pertama, konduktif perak dari
tinta kristal nanometer diendapkan dari cairan pada permukaan plastik
fleksibel yang mana plastik fleksibel tersebut sudah mendapatkan
perlakukan pelapisan photolithographic. Kemudian dengan cepat, konduktif
perak tersebut diputar untuk dapat menariknya keluar dari lapisan
tersebut. Lapisan itu kemudian dihapus untuk membuat konduktif perak
dari tinta kristal nanometer membentuk elektroda dari transistor yang
mana elektroda tersebut bentuknya seperti gerbang.
Para peneliti mengamati sepanjang lapisan tersebut dan dengan
bersamaan memuntir lapisan aluminium oksida dari isolator kristal
nanometer. Kemudian memuntir lapisan cadmium selenide berbasis
semikonduktor kristal nanometer, dan akhirnya memuntir lapisan lain
seperti indium/ campuran perak, yang membentuk sumber transistor dan
elektroda. Setelah dipuntir dilakukan proses pemanasan pada suhu relatif
rendah. Pada saat dipanaskan, dopan indium menyebar di seluruh
elektroda dan menuju ke dalam komponen semikonduktor.
“Cara agar proses tersebut bekerja dengan baik adalah Anda harus
memastikan bahwa ketika Anda menambahkan lapisan kedua, lapisan kedua
tersebut tidak menyelubungi lapisan pertama, dan sebagainya,” kata
Kagan. “Kami harus memberikan perlakukan terhadap permukaan kristal
skala nanometer, baik ketika mereka pertama kali saat berada dalam
larutan dan setelah mereka disimpan, untuk memastikan bahwa mereka
memiliki sifat listrik yang tepat dan bahwa mereka tetap bersama-sama
dalam konfigurasi yang kita inginkan.”
Keseluruhan proses fabrikasi ini bekerja pada suhu yang lebih rendah
dari metode berbasis vakum lainnya yang pernah ada, sehingga para
peneliti mampu membuat beberapa transistor pada plastik fleksibel yang
sama dan waktu yang bersamaan. Sedangkan pada metode berbasis vakum yang
lama, proses pembuatan transistor membutuhkan suhu yang tinggi,
sehingga pembuatan transistor tidak dapat dilakukan pada plastik
fleksibel yang sama dalam waktu yang bersamaan.
“Kami belum mengembangkan semua aspek yang diperlukan sehingga mereka
bisa dicetak dengan menggunakan printer 3-D, tapi karena bahan ini
semua berbasis cair, sangat memungkinkan untuk dilakukan proses produksi
skala manufaktur aditif di kemudian hari,” tambah Kagan.
Credit: Physics World, Kurzweilai, News Upenn.
sumber : http://technonews.id/transistor-pertama-yang-terbuat-dari-tinta-kristal-nanometer/
