Deposisi Lapisan Atomik (ALD) Digunakan untuk Membuat Pelapisan Ultrablack yang Sempurna untuk Menyaksikan Kosmos

Peneliti dari University of Shanghai for Science and Technology dan Chinese Academy of Sciences mencapai tonggak penting setelah berhasil menggunakan metode baru Atomic Layer Deposition (ALD) untuk menerapkan lapisan ultra‑hitam pada permukaan yang tidak rata. Lapisan yang ditingkatkan lebih tahan lama dan efektif dibandingkan pendahulunya. Oleh karena itu, pengembangan ini dapat memiliki implikasi besar bagi berbagai industri, termasuk optik, penjelajahan luar angkasa, energi terbarukan, dan banyak lagi. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Para peneliti telah mempublikasikan temuan mereka dan menjelaskan secara detail bagaimana mereka menciptakan lapisan tipis ultra‑hitam yang tahan lama, dirancang khusus untuk paduan magnesium kelas luar angkasa. Paduan ini umum digunakan dalam penjelajahan luar angkasa, di mana berat dan daya tahan menjadi perhatian utama.

Sumber – Photonexpert – Atomic Layer Deposition (ALD) Inventor Dr. Tuomo Suntola

Mereka yang tidak familiar dengan proses yang digunakan untuk membuat perangkat dan optik berteknologi tinggi mungkin tidak memahami pentingnya menemukan material hitam yang tidak memantulkan cahaya. Secara khusus, cahaya stray dapat menyebabkan gangguan pada perangkat ini dan secara signifikan mengurangi kualitas. Akibatnya, telah ada rangkaian perbaikan yang terus-menerus dalam upaya mencari material non‑reflektif paling hitam.

Lapisan ini akan membantu memajukan teknologi luar angkasa di mana kombinasi material baru dapat menciptakan material yang lebih kuat. Material ringan ini ditemukan pada banyak satelit, pesawat luar angkasa, dan pakaian antariksa. Mereka juga umum digunakan di sektor aeronautika karena ketahanan dan keandalannya yang terbukti.

Mencari Hitam Terhitam

Seiring optik presisi terus berkembang, permintaan akan material yang lebih menyerap cahaya meningkat. Sampai baru-baru ini, film hitam tipis digunakan untuk menciptakan material non‑reflektif yang menyerap cahaya di dalam lensa kamera dan perangkat melengkung atau berbentuk tidak biasa lainnya. Pelapisan ALD menawarkan solusi yang lebih baik yang dapat diterapkan lebih mudah dan tahan terhadap kondisi ekstrem. Proses ini menghasilkan lapisan super tipis dan merata yang tidak meninggalkan area yang tidak terlapisi.

Masalah dengan Material dan Metode Pelapisan Saat Ini

Ada banyak alasan mengapa teknik pelapisan ultra‑hitam yang ada tidak memadai untuk perangkat optik dan elektronik kelas atas saat ini. Teknik pelapisan paling populer saat ini mengandalkan lapisan yang menggunakan material rapuh, termasuk nanotube karbon yang teratur secara vertikal atau silikon hitam. Material ini tidak dapat bertahan dalam lingkungan keras tanpa cepat terdegradasi. Mereka juga mahal dan sulit diproduksi.

Selain itu, sulit menerapkan pelapisan ini pada struktur yang rumit. Karena aplikasi yang tidak merata menghasilkan daya tahan yang lebih rendah dan kinerja berkurang, lebih banyak peneliti telah mendedikasikan upaya untuk menciptakan alternatif yang lebih menyerap. Seiring lensa dan perangkat optik lainnya menjadi lebih kompleks, menjadi penting untuk meneliti dan menciptakan cara yang lebih baik dalam menerapkan material penyerap cahaya non‑reflektif secara merata.

Memperkenalkan Atomic Layer Deposition (ALD)

Atomic Layer Deposition (ALD) membantu menyelesaikan banyak masalah utama yang dihadapi produsen dan peneliti terkait pelapisan. Proses ini mengandalkan ruangan bervakum di mana gas dipompa masuk dan meninggalkan lapisan tipis pada permukaan. Metode ini disebut pertumbuhan film dan memberikan produsen cara mudah untuk membuat material kompleks menggunakan lapisan.

Metode ALD menghasilkan hasil mengesankan dengan sebuah uji yang menunjukkan bahwa 99,3% cahaya diserap oleh material ultra‑hitam ini. Peningkatan ini berasal dari cakupan film yang lebih seragam dan penggunaan material penyerap cahaya baru. Secara khusus, peneliti memperkenalkan metode baru yang menggunakan dua lapisan untuk meningkatkan daya tahan.

Lapisan dasar menggunakan komposit titanium‑aluminium‑karbon (TiAlC). Komposisi ini memiliki sifat penyerap cahaya ultra‑ringan dan dapat bertahan dalam penggunaan berat di lingkungan keras termasuk luar angkasa. Lapisan kedua menggunakan material dielektrik silikon nitrida (SiO2) yang ideal untuk mencegah refleksi. Bersama-sama, lapisan ini dapat menyerap 99,3% cahaya dalam rentang panjang gelombang.

Sejarah ALD

Gagasan menggunakan ALD untuk menerapkan lapisan tipis telah ada selama lebih dari 60 tahun. Menariknya, dua penemu mengklaim penemuan teknologi ini. Upaya independen ini menjalankan proses secara berbeda namun menghasilkan hasil yang sama: lapisan pelapisan atomik yang tipis.

Pada tahun 1960-an, peneliti Soviet menyelesaikan tugas ini menggunakan proses yang disebut molecular layering. Penemuan tersebut tidak segera diakui di Barat karena iklim politik yang tegang setelah akhir Perang Dunia II. Namun, banyak peneliti menyadari sejak dini bahwa teknologi ini akan menjadi kunci dalam perangkat generasi berikutnya.

Sepuluh tahun kemudian, tim riset Finlandia yang dipimpin oleh Dr. Tuomo Suntola berhasil menggunakan metode baru yang disebut atomic layer epitaxy untuk memberikan lapisan tipis merata dari material penyerap cahaya pada perangkat. Metode ini langsung menjadi favorit produsen, menjadikan Finlandia pusat pengembangan ALD selama beberapa dekade.

Dari situ, ilmu ALD terus berkembang dengan terobosan di bidang fotovoltaik, katalisis, manufaktur semikonduktor, dan lain-lain. Saat ini, Anda hidup di dunia yang dikelilingi oleh teknologi ini. Dari smartphone Anda hingga panel surya yang memberi daya pada rumah Anda, proses ALD telah meningkatkan kehidupan miliaran orang.

Secara mengesankan, proses terbaru telah berkembang hingga dapat mengendapkan film seragam dan konformal pada objek 3D yang kompleks dengan presisi atomik. ALD menawarkan pelapisan ultra‑tipis yang dapat setipis satu atom. Secara khusus, lapisan ini begitu tipis sehingga dapat dianggap sebagai 2D.

Penggunaan ALD

Saat ini, proses manufaktur ALD merupakan komponen penting di pasar. Lapisan tipis ini memberikan cara yang kuat dan efektif untuk melindungi barang dari sumber energi yang tidak diinginkan. Berikut beberapa cara paling menarik di mana ALD dapat meningkatkan kehidupan Anda di masa depan.

Sel Surya

Peneliti telah membuat kemajuan signifikan dalam fotovoltaik berkat penggunaan teknologi ALD untuk menguji material dan struktur baru. Panel surya saat ini tidak efisien, dengan opsi terbaik hanya rata-rata menghasilkan konversi energi sekitar 30%. Sebagian besar energi ini hilang menjadi panas dan dipantulkan dari permukaan sel ke atmosfer.

Panel surya berbasis ALD dapat menangkap lebih banyak cahaya dan mencegah kebocoran. Selain itu, mereka dapat dibuat untuk bertahan dalam lingkungan paling keras, termasuk yang ditemukan di planet lain dimana mereka diperlukan untuk menggerakkan perangkat penjelajahan luar angkasa selama bertahun‑tahun. Karena itu, banyak yang percaya bahwa sel surya ALD akan menjadi sumber tenaga bagi rover bulan berikutnya dan proyek luar angkasa lainnya.

Baterai Litium

Teknologi baterai lithium‑ion (LIB) menyediakan kepadatan energi tinggi dan baterai dengan self‑discharge rendah. Baterai ini bergantung pada reaksi kimia antara elektrolit dan anoda. Sayangnya, antarmuka elektrolit padat (SEI) saat ini mengonsumsi persentase ion secara permanen sehingga menjadi pemborosan.

Menggunakan ALD untuk melapisi lapisan elektron dapat membantu mencegah kehilangan kinerja dan mengurangi degradasi seiring waktu. Proses ALD dapat menyelesaikan tugas ini karena lapisannya tipis dan dapat diterapkan secara merata tanpa lubang pada permukaan pada tingkat atomik. Lapisan ini mencegah kontaminasi silang yang tidak diinginkan pada tingkat atomik.

Mikrochip

Teknologi mikrochip terus merevolusi dunia dengan membuat elektronik yang lebih canggih menjadi lebih kecil dan lebih andal. Mikrochip saat ini berada jauh di depan pendahulunya namun masih kurang dalam banyak aspek. Misalnya, ia sangat intensif energi sehingga semua perangkat pintar Anda mengakumulasi penggunaan energi yang besar.

Menyadari pentingnya keberlanjutan energi, Departemen Energi AS (DOE) memberikan dana sebesar $4 juta kepada Laboratorium Nasional Argonne untuk mendanai penelitian chip ALD generasi berikutnya. Tujuan proyek ini adalah menemukan material baru yang dapat mengurangi kebutuhan energi mikrochip hingga 50 kali lipat. Jika berhasil, seluruh pasar dapat memperoleh manfaat.

Sebagian dari pendekatan ini berupaya menyelesaikan \”von Neumann bottleneck\” yang merupakan istilah yang merujuk pada besarnya energi yang digunakan komputer hanya untuk memindahkan data antara chip logika dan memori. Argonne akan menggunakan ALD untuk menciptakan alternatif berenergi rendah guna melawan konsumsi energi berlebih sebelum terlambat.

Luar Angkasa

Penjelajahan luar angkasa adalah salah satu sektor di mana ALD telah memainkan peran penting selama dekade terakhir. Penelitian luar angkasa memerlukan perangkat yang dapat menangani lingkungan keras yang tidak ada di Bumi. Sebuah satelit mungkin harus menahan suhu +500°F di satu sisi, sementara sisi lain perangkat beku pada suhu di bawah nol.

Suhu dan kondisi ekstrem ini dapat merusak perangkat optik dan elektronik. ALD menyediakan solusi terbaik untuk masalah ini. Selain itu, peneliti terus memperluas kemampuan penyerap cahaya. Optik luar angkasa saat ini mengandalkan material yang juga dapat menyerap cahaya ultraviolet dan inframerah untuk menyediakan lingkungan yang steril cahaya.

Pemimpin Pasar ALD

Pasar ALD terus berkembang untuk memenuhi permintaan yang meningkat dari produsen elektronik dan peneliti. Penyedia ALD ini telah menjalin kemitraan strategis yang kuat dan terbukti memberikan layanan yang dapat diandalkan. Berikut beberapa penyedia ALD teratas yang mendorong inovasi saat ini.

1. Argonne

ANL Grafik Harga

Argonne adalah pusat riset populer yang bekerja dengan produsen teknologi tinggi, pemerintah, dan peneliti lain untuk menciptakan opsi pelapisan canggih. Perusahaan ini berdiri pada tahun 1940-an sebagai cabang dari Proyek Manhattan. Pada saat itu, energi atomik dianggap sebagai masa depan.

Sejak saat itu, Argonne telah menjadi pusat riset ilmu dan teknik multidisiplin namun tetap fokus utama pada keberlanjutan energi. Kelompok ini memanfaatkan lokasinya di pusat kota Chicago untuk mengakses berbagai industri dan mendorong kreativitas di pasar fisika energi dan ilmu material.

2. Beneq

(Private)

Pada tahun 1984, Beneq menjadi lini produksi industri pertama di dunia yang mengintegrasikan metode ALD ke dalam prosesnya. Perusahaan Finlandia milik pribadi ini telah menjadi pelopor di pasar sejak ALD diciptakan. Saat ini, mereka menyediakan peralatan ALD kelas atas kepada perusahaan dan berspesialisasi dalam proses manufaktur semikonduktor.

Beneq tetap menjadi kekuatan pionir di sektor ALD dan telah diakui sebagai salah satu nama paling mapan dalam daftar ini. Kelompok ini terus menawarkan solusi pelapisan baru dan inovatif. Oleh karena itu, banyak yang menganggapnya sebagai pemimpin pasar.

3. CVD Equipment

CVV Grafik Harga

CVD Equipment (CVV ) adalah penyedia ALD lain yang sangat dihormati. Kelompok ini memperoleh reputasi dalam menyediakan peralatan deposisi uap kimia (CVD) dan proses termal yang tepat dan dapat diandalkan ke pasar. Saat ini, CVD melayani berbagai industri, termasuk sektor otomotif dan luar angkasa.

CVD telah menawarkan layanan selama lebih dari 40 tahun. Pengalaman ini memungkinkan perusahaan menempatkan dirinya sebagai kekuatan pionir di pasar. Hal ini juga memungkinkan perusahaan meningkatkan dan mengoptimalkan prosesnya untuk memaksimalkan kinerja.

4. Applied Materials

AMAT Grafik Harga

Applied Materials (AMAT ) menjadi pemain utama di pasar ALD setelah mengakuisisi Picosun pada tahun 2020. Pada saat itu, Picosun merupakan salah satu penyedia ALD paling aktif di industri. Applied Materials memanfaatkan pengalaman dan jaringan mereka untuk menginovasi metode dan strategi baru dalam menerapkan lapisan ultra‑tipis.

Saat ini, Applied Materials menawarkan layanan ALD kepada klien tingkat perusahaan. Layanan ini mencakup jalur produksi turnkey dan penawaran riset. Selain itu, perusahaan dapat memanfaatkan konsultasi Applied Materials untuk membantu memperlancar pembuatan dan integrasi layanan ALD.

Kecerdasan Buatan Meningkatkan ALD

Salah satu alasan mengapa ALD telah berkembang dalam beberapa tahun terakhir adalah integrasi algoritma AI. Secara khusus, algoritma pembelajaran mesin memungkinkan pengembang menciptakan dan menguji senyawa baru secara virtual. Kemampuan ini secara signifikan menurunkan biaya R&D dan memungkinkan pengembang melihat bagaimana material tertentu berinteraksi tanpa memerlukan mesin khusus untuk melakukannya.

Algoritma pembelajaran mesin dapat menjalankan jutaan percobaan untuk menemukan titik lemah atau ambang potensial. Gaya AI ini sangat efektif dan hanya memerlukan pelatihan satu kali untuk menyelesaikan tugas secara optimal. Selain itu, jaringan saraf yang belajar dapat membuat AI merekomendasikan material baru dan melakukan pengujian serta pengembangan secara mandiri.

Simulasi AI menjadi pengubah permainan karena banyak alasan. Pertama, tes ini memungkinkan pengujian kreasi hingga batas maksimum tanpa merusak barang di dunia nyata. Pengembang dapat membuat, menguji, dan menyesuaikan semuanya secara virtual sebelum mengalokasikan dana untuk metode manufaktur. Dengan cara ini, AI dapat menjadi kunci untuk membuka tingkat ketahanan dan metode aplikasi baru di masa depan.

Ekspansi Pasar ALD

Pasar ALD sedang meningkat, dengan laporan menunjukkan bahwa pendapatan sebesar lebih dari $4,46 miliar dihasilkan dari penjualan peralatan ALD pada tahun 2023. Data yang sama menyoroti potensi pertumbuhan signifikan di masa depan, dengan perkiraan CAGR 8,90% selama dekade berikutnya hanya di pasar AS.

Laporan tersebut juga menunjukkan bahwa peningkatan permintaan merupakan hasil dari miniaturisasi berkelanjutan perangkat elektronik dan proses manufaktur yang lebih baik. Proses terbaru meningkatkan kualitas dan mengurangi biaya aplikasi. Laporan yang sama juga menunjukkan bagaimana peningkatan permintaan panel surya menjadi katalis lain bagi ekspansi ALD.

Selalu Bisa Menjadi Lebih Hitam

Ilmu penciptaan material paling hitam akan terus berkembang dan mendorong inovasi di seluruh sektor ilmu pengetahuan. Dari perangkat optik kelas atas hingga penjelajahan luar angkasa dan penangkapan sinar matahari, teknologi ALD berada di garis depan inovasi. Karena alasan ini, bijaksana untuk memantau perusahaan-perusahaan ini dalam beberapa bulan ke depan.

Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang proyek blockchain menarik di sini.