MIT Ciptakan Transistor Nanoskala untuk Elektronik yang Lebih Hemat Energi

Daftar Isi

Ilustrasi transistor berskala nano. (Foto: unescoalfozanprize.org).

Peneliti MIT ciptakan transistor nanoskala berbasis kuantum. Terobosan ini melampaui batas-batas transistor sebelumnya untuk perangkat elektronik yang di klaim lebih cepat serta lebih hemat energi.

Kamis, (23/1/2025) – Peneliti di MIT telah menciptakan terobosan dalam teknologi transistor dengan mengembangkan transistor nanoskala berbasis kuantum yang mampu melampaui batas fundamental silikon. Penemuan ini, yang dipublikasikan di Nature Electronics pada 20 Januari 2025, menawarkan solusi untuk menciptakan perangkat elektronik yang lebih cepat, hemat energi, dan cocok untuk mendukung kebutuhan teknologi seperti kecerdasan buatan.

“Teknologi ini berpotensi menggantikan silikon dan memberikan efisiensi energi yang jauh lebih baik,” kata Yanjie Shao, peneliti utama dari proyek ini sekaligus postdoc di MIT, seperti di kutip lansirin.id.

Mengatasi Batas Teknologi Silikon dan Rekor Baru dalam Desain Nanoskala

Transistor silikon yang digunakan di hampir semua perangkat elektronik modern, seperti smartphone dan komputer, menghadapi batas fisik yang dikenal sebagai "Boltzmann tyranny." Batas ini menghalangi transistor untuk beroperasi pada voltase rendah, sehingga membatasi efisiensi energi.

Untuk mengatasi masalah tersebut, para peneliti MIT menggunakan material semikonduktor berbeda, yaitu gallium antimonide dan indium arsenide. Mereka mendesain transistor yang memanfaatkan fenomena mekanika kuantum bernama quantum tunneling—kemampuan elektron untuk menembus penghalang energi daripada melampauinya.

Dua peneliti utama proyek ini, Yanjie Shao (kiri) dan Jesús del Alamo (kanan) menerima Penghargaan Peneliti Luar Biasa Intel tahun 2023. (Foto: mtl.mit.edu).

“Dengan mekanisme ini, Anda dapat menghidupkan dan mematikan perangkat dengan sangat mudah,” jelas Shao.

Menggunakan fasilitas canggih MIT.nano, tim peneliti menciptakan transistor berbentuk kawat nano vertikal dengan diameter hanya 6 nanometer—transistor 3D terkecil yang pernah dibuat. Desain ini memungkinkan mereka mencapai kemiringan switching yang sangat tajam, yang menunjukkan efisiensi lebih tinggi dibandingkan transistor silikon konvensional.

Fenomena quantum confinement, di mana elektron terjebak dalam ruang sangat kecil, membantu meningkatkan kemampuan tunneling sambil menjaga kinerja transistor tetap tinggi.

“Kami dapat mendesain penghalang tunneling yang sangat tipis, menghasilkan arus yang sangat tinggi,” tambah Shao.

Kinerja yang Mengungguli Teknologi Serupa

Ketika diuji, transistor ini menunjukkan performa 20 kali lebih baik dibandingkan transistor tunneling serupa. Kemampuan switching-nya juga melebihi batas yang bisa dicapai transistor silikon pada suhu ruangan.

“Ini adalah pertama kalinya kami mencapai kemiringan switching setajam ini dengan desain seperti ini,” kata Shao.

Seorang pekerja sedang memasang chip ke mesin komputasi. (Foto: shutterstock.com/Mike_shots).

Menurut Jesús del Alamo, profesor teknik elektro di MIT, terobosan ini menunjukkan bahwa batasan fisik silikon dapat diatasi dengan menggunakan fisika yang berbeda.

Tim peneliti kini berfokus menyempurnakan metode fabrikasi agar transistor memiliki tingkat keseragaman lebih tinggi di seluruh chip. Mereka juga menjajaki desain transistor berbentuk sirip vertikal yang dapat meningkatkan keandalan.

Aryan Afzalian, pakar nanoelektronika dari imec yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menyebut karya ini sebagai langkah signifikan dalam meningkatkan kinerja transistor berbasis broken-gap tunnel field effect (TFET).