Para peneliti memecahkan tantangan berusia puluhan tahun dalam membangun transistor fungsional yang terintegrasi dengan RAM feroelektrik.
Para peneliti telah menciptakan cara yang lebih layak untuk menggabungkan transistor dan memori pada sebuah chip, yang berpotensi membawa komputasi lebih cepat.
Sebuah chip komputer memproses dan menyimpan informasi menggunakan dua perangkat yang berbeda. Jika para insinyur dapat menggabungkan perangkat-perangkat ini menjadi satu atau menempatkannya di samping satu sama lain, maka akan ada lebih banyak ruang pada sebuah chip, membuatnya lebih cepat dan lebih kuat.
Insinyur Purdue University, Indiana, AS, telah mengembangkan cara jutaan switch kecil yang digunakan untuk memproses informasi - yang disebut transistor - juga dapat menyimpan informasi itu sebagai satu perangkat.
Metode yang dirinci dalam makalah yang diterbitkan di Nature Electronics, menyelesaikan ini dengan menyelesaikan masalah lain yakni menggabungkan transistor dengan teknologi memori berkinerja lebih tinggi daripada yang digunakan di kebanyakan komputer, yang disebut RAM feroelektrik.
Para peneliti telah mencoba selama beberapa dekade untuk mengintegrasikan keduanya, tetapi masalah terjadi pada antarmuka antara bahan feroelektrik dan silikon, bahan semikonduktor yang membentuk transistor. Sebaliknya, RAM feroelektrik beroperasi sebagai unit on-chip yang terpisah, membatasi potensinya untuk membuat komputasi jauh lebih efisien.
FOTO : ISTIMEWA
Sebuah tim yang dipimpin oleh Peide Ye, Richard J, dan Mary Jo Schwartz, Profesor Teknik Elektro dan Komputer di Purdue, menemukan cara untuk mengatasi hubungan 'musuh bebuyutan' antara silikon dan bahan feroelektrik.
"Kami menggunakan semikonduktor yang memiliki sifat feroelektrik. Dengan cara ini dua bahan menjadi satu bahan, dan Anda tidak perlu khawatir tentang masalah antarmuka," kata Ye.
Hasilnya adalah transistor efek medan semikonduktor feroelektrik, dibangun dengan cara yang sama dengan transistor yang saat ini digunakan pada chip komputer.
Bahannya, alpha indium selenide, tidak hanya memiliki sifat feroelektrik, tetapi juga membahas masalah bahan feroelektrik konvensional yang biasanya bertindak sebagai insulator daripada semikonduktor karena apa yang disebut "celah pita" lebar, yang berarti bahwa listrik tidak dapat melewati melalui dan tidak ada komputasi yang terjadi.
Alpha indium selenide memiliki celah pita yang jauh lebih kecil, sehingga memungkinkan material tersebut menjadi semikonduktor tanpa kehilangan sifat feroelektrik.
Mengwei Si, peneliti di Purdue dalam teknik listrik dan komputer, membangun dan menguji transistor, menemukan bahwa kinerjanya sebanding dengan transistor efek medan feroelektrik yang ada, dan dapat melampaui mereka dengan lebih banyak optimasi. Sumeet Gupta, profesor teknik elektro dan komputer Purdue, dan Atanu Saha memberikan dukungan pemodelan.
Tim Si dan Ye juga bekerja sama dengan para peneliti di Institut Teknologi Georgia untuk membangun alpha indium selenide menjadi sebuah ruang pada sebuah chip, yang disebut persimpangan tunneling feroelektrik, yang dapat digunakan para insinyur untuk meningkatkan kemampuan chip. Tim ini mempresentasikan karya ini pada 9 Desember pada Pertemuan Perangkat Elektron Internasional IEEE 2019.
Di masa lalu, para peneliti tidak mampu membangun persimpangan tunneling ferroelektrik kinerja tinggi karena celah pita yang lebar membuat bahan terlalu tebal untuk dilewati oleh arus listrik. Karena alpha indium selenide memiliki celah pita yang jauh lebih kecil, materialnya bisa setebal 10 nanometer, memungkinkan lebih banyak arus mengalir melaluinya.
"Semakin banyak arus memungkinkan area perangkat turun ke beberapa nanometer, membuat chip lebih padat dan hemat energi," kata Ye. Bahan yang lebih tipis - bahkan hingga setebal lapisan atom - juga berarti bahwa elektroda di kedua sisi persimpangan tunneling bisa jauh lebih kecil, yang akan berguna untuk membangun sirkuit yang meniru jaringan di otak manusia.
Penelitian ini dilakukan di Pusat Nanoteknologi Birck Purdue Discovery Park dan didukung oleh National Science Foundation, Kantor Riset Ilmiah Angkatan Udara, Perusahaan Riset Semikonduktor, Badan Proyek Penelitian Pertahanan Tingkat Lanjut, dan Kantor Penelitian Angkatan Laut AS. pur/R-1
FOTO : ISTIMEWA
