Penemuan menunjukkan janji baru untuk transistor komputer nonsilicon
Semiconductor

Penemuan menunjukkan janji baru untuk transistor komputer nonsilicon


Peneliti MIT telah menemukan bahwa bahan paduan yang disebut InGaAs mungkin cocok untuk transistor komputer berkinerja tinggi. Jika dioperasikan pada frekuensi tinggi, transistor InGaAs suatu hari nanti dapat menyaingi silikon. Gambar ini menunjukkan wafer memori solid state yang secara tradisional terbuat dari silikon.

Selama beberapa dekade, satu bahan telah begitu mendominasi produksi chip komputer dan transistor sehingga ibu kota teknologi dunia — Silicon Valley — menggunakan namanya. Tapi pemerintahan silikon mungkin tidak bertahan selamanya.

Peneliti MIT telah menemukan bahwa paduan yang disebut InGaAs (indium gallium arsenide) dapat menyimpan potensi transistor yang lebih kecil dan lebih hemat energi. Sebelumnya, para peneliti mengira bahwa kinerja transistor InGaAs memburuk dalam skala kecil. Tetapi studi baru menunjukkan bahwa kerusakan yang tampak ini bukanlah sifat intrinsik dari material itu sendiri.

Penemuan ini suatu hari nanti dapat membantu mendorong daya komputasi dan efisiensi melebihi apa yang mungkin dilakukan dengan silikon. “Kami sangat senang,” kata Xiaowei Cai, penulis utama studi tersebut. “Kami berharap hasil ini dapat mendorong masyarakat untuk terus mengeksplorasi penggunaan InGaAs sebagai bahan saluran transistor.”

Cai, sekarang dengan Analog Devices, menyelesaikan penelitiannya sebagai Ph.D. mahasiswa di Laboratorium Teknologi Mikrosistem MIT dan Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer (EECS), dengan Profesor Donner Jesús del Alamo. Rekan penulisnya termasuk Jesús Grajal dari Polytechnic University of Madrid, serta MIT Alon Vardi dan del Alamo. Makalah ini akan dipresentasikan bulan ini di virtual IEEE International Electron Devices Meeting.

Transistor adalah blok bangunan komputer. Peran mereka sebagai sakelar, baik menghentikan arus listrik atau membiarkannya mengalir, menimbulkan serangkaian perhitungan yang mengejutkan — mulai dari simulasi iklim global hingga memutar video kucing di Youtube. Satu laptop bisa berisi milyaran transistor. Agar daya komputasi meningkat di masa depan, seperti yang telah terjadi selama beberapa dekade, insinyur kelistrikan harus mengembangkan transistor yang lebih kecil dan lebih padat. Sampai saat ini, silikon telah menjadi bahan semikonduktor pilihan untuk transistor. Tapi InGaAs telah menunjukkan petunjuk untuk menjadi pesaing potensial.

Elektron dapat melewati InGaAs dengan mudah, bahkan pada tegangan rendah. Bahannya “terkenal bagus [electron] transportasi properti, “kata Cai. Transistor InGaAs dapat memproses sinyal dengan cepat, berpotensi menghasilkan perhitungan yang lebih cepat. Plus, transistor InGaAs dapat beroperasi pada tegangan yang relatif rendah, yang berarti dapat meningkatkan efisiensi energi komputer. Jadi InGaAs mungkin tampak seperti bahan yang menjanjikan untuk komputer transistor. Tapi ada tangkapan.

Sifat transpor elektron yang menguntungkan dari InGaAs tampaknya memburuk pada skala kecil — timbangan yang diperlukan untuk membangun prosesor komputer yang lebih cepat dan lebih padat. Masalah ini telah membuat beberapa peneliti menyimpulkan bahwa transistor InGaAs skala nano tidak cocok untuk tugas tersebut. Tapi, kata Cai, “kami telah menemukan bahwa itu adalah kesalahpahaman.”

Tim menemukan bahwa masalah kinerja skala kecil InGaAs sebagian disebabkan oleh perangkap oksida. Fenomena ini menyebabkan elektron macet saat mencoba mengalir melalui transistor. “Transistor seharusnya berfungsi sebagai sakelar. Anda ingin dapat menghidupkan tegangan dan memiliki banyak arus,” kata Cai. “Tetapi jika Anda memiliki elektron yang terperangkap, yang terjadi adalah Anda menyalakan voltase, tetapi Anda hanya memiliki jumlah arus yang sangat terbatas di saluran. Jadi kemampuan sakelar jauh lebih rendah ketika Anda memiliki perangkap oksida itu.”

Tim Cai menunjuk oksida yang terperangkap sebagai biang keladinya dengan mempelajari ketergantungan frekuensi transistor — laju di mana pulsa listrik dikirim melalui transistor. Pada frekuensi rendah, kinerja transistor InGaAs berskala nano tampak menurun. Tetapi pada frekuensi 1 gigahertz atau lebih besar, mereka bekerja dengan baik — perangkap oksida tidak lagi menjadi penghalang. “Saat kami mengoperasikan perangkat ini pada frekuensi yang sangat tinggi, kami melihat bahwa kinerjanya sangat bagus,” katanya. “Mereka bersaing dengan teknologi silikon.”

Cai berharap penemuan timnya akan memberi peneliti alasan baru untuk mengejar transistor komputer berbasis InGaAs. Pekerjaan tersebut menunjukkan bahwa “masalah yang harus dipecahkan sebenarnya bukanlah transistor InGaAs itu sendiri. Ini masalah perangkap oksida,” katanya. “Kami yakin ini adalah masalah yang bisa diselesaikan atau direkayasa.” Dia menambahkan bahwa InGaAs telah menjanjikan baik dalam aplikasi komputasi klasik maupun kuantum.

“Ini [research] area tetap sangat, sangat menarik, “kata del Alamo.” Kami berkembang pesat dalam mendorong transistor ke kinerja ekstrim. “Suatu hari, kinerja ekstrim itu bisa datang berkat InGaAs.


Desain transistor baru menyamarkan perangkat keras chip komputer utama dari peretas


Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kisah ini diterbitkan ulang atas izin MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.

Kutipan: Penemuan menyarankan janji baru untuk transistor komputer nonsilicon (2020, 9 Desember) diambil 9 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-discovery-nonsilicon-transistors.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/