Komputasi

Bisakah Semikonduktor Organik Menggabungkan Manfaat Graphene & Silikon?

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Potensi Semikonduktor Graphene yang Terlewat

Graphene telah lama dianggap sebagai bahan ajaib, dengan karakteristik luar biasa yang mungkin berperan dalam semikonduktor generasi berikutnya. Persepsinya sebagai bahan ajaib bersifat multi‑dimensi karena karakteristik fisiknya, yaitu 200 kali lebih kuat daripada baja, dan mobilitas elektron di graphene 140 kali lebih cepat dibandingkan silikon.

Pada awalnya, peneliti yang mempelajari graphene berpikir bahwa ia dapat menggantikan silikon dalam semikonduktor. Sayangnya, ia tidak memiliki fitur elektronik penting yang disebut “celah pita.”

Celah pita menentukan apakah suatu material akan dianggap sebagai logam (menghantarkan listrik), isolator (menghalangi listrik), atau semikonduktor (yang dapat beralih antara konduktif dan isolatif).

Masalahnya adalah graphene tidak memiliki celah pita sama sekali, sehingga tidak dapat digunakan sebagai semikonduktor.

Namun, jenis material lain dapat memiliki mobilitas elektron yang sama dengan graphene tetapi menampilkan celah pita yang kompatibel dengan kemampuan semikonduktor. Material ini disebut polimer organik.

Membangun Semikonduktor Organik

Apa yang membuat graphene begitu konduktif adalah dua faktor:

  1. Pada dasarnya, ia adalah material 2D, membentuk lapisan monoatomik karbon yang sangat datar.
  2. Elektron di antara heksagon karbon dapat mengalir hampir bebas di antara struktur atom yang disebut hidrokarbon aromatik.
organic semiconductors

Sumber: Britannica

Hidrokarbon aromatik sebenarnya sangat umum di alam, tetapi lapisan 2D graphene jauh lebih langka. Namun, banyak material organik memiliki potensi untuk menampilkan celah pita yang tidak ada pada graphene.

Peneliti di Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Korea Selatan, yaitu Prof. Kimoon Kim, Prof. Ji Hoon Shim, Prof. Jun Sung Kim, dan Dr. Yeongsang Lee, mencari cara mengubah material organik biasa menjadi sesuatu yang mirip dengan graphene.

Sumber: POSTECH

Membuat Polimer Organik 2D

Apa yang menghalangi polimer organik berfungsi seperti graphene adalah selama polimerisasi, penumpukan antar‑lapisan menghambat pertumbuhan polimer.

Para peneliti menemukan bahwa dengan menambahkan gugus kimia yang menghalangi penempelan monomer (hambatan sterik), mereka dapat menekan penumpukan antara‑dimensi polimer antara. Polimer organik yang digunakan adalah triazacoronene.

Sumber: POSTECH

Kemudian mereka menambahkan ke sintesis polimer langkah yang disebut doping tipe‑p, yang umum digunakan dalam produksi semikonduktor. Ini merujuk pada penambahan elemen ke material semikonduktor untuk membuatnya lebih konduktif.

Material yang dihasilkan telah digambarkan oleh para peneliti memiliki “konduktivitas listrik yang luar biasa”.

Potensi Besar Semikonduktor Organik

Pencapaian ini menyelesaikan masalah semikonduktor organik yang memiliki mobilitas elektron terlalu rendah.

Ini juga mempermudah pengendalian jalur konduksi untuk elektron dan lubang pada tingkat molekuler, langkah penting untuk membuat transistor dan chip komputasi dari material ini.

Juga memungkinkan bahwa graphene dapat “diberi” celah pita, jalur lain yang dibahas lebih detail dalam artikel kami “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?”.

Baik potensi semikonduktor graphene maupun semikonduktor organik dengan spesifikasi mirip graphene dapat memiliki banyak aplikasi potensial.

Tentu saja itu hanya jika kita tetap melakukan komputasi berbasis semikonduktor, bukan fotonik seperti yang dibahas dalam “Advancing Semiconductors – Could ‘Donut’ Beams to ‘Lego’ Blocks Be Set to Upend Industry Approaches?” atau komputasi kuantum seperti yang dibahas dalam “The Current State of Quantum Computing ”.

Semikonduktor

Sementara silikon mendekati batas karena karakteristik fisiknya, konduktivitas mirip graphene dapat menjadikan semikonduktor organik bahan pengganti yang layak untuk menjaga hukum Moore tetap berlaku, karena elektron yang lebih cepat menghasilkan komputasi yang lebih cepat.

Ini menambahkan material organik ke dalam kandidat pengganti silikon, bersama dengan graphene yang ditingkatkan dan Insulator‑to‑Metal (IMT) seperti vanadium dioksida (Anda dapat membaca lebih lanjut tentang kemajuan teknologi semikonduktor ini dalam “Keeping Pace with Moore’s Law with Active Substrates And Neuromorphic Computing”).

Baterai

Industri lain yang mempertimbangkan penggunaan material organik untuk menggantikan logam adalah industri baterai, yang didorong oleh lonjakan kendaraan listrik (EV) dan energi terbarukan.

Jika material organik dapat menampilkan sifat mirip graphene, mereka dapat menjadi pilihan untuk baterai graphene, salah satu dari banyak kimia baterai EV yang mungkin, yang kami bahas dalam “The Future of Mobility – Battery Tech”.

Perusahaan Semikonduktor

1. IBM

IBM Grafik Harga

Sebagai pelopor historis dalam komputasi, semikonduktor, dan desain chip, International Business Machines Corporation (IBM ) (IBM) telah hadir dalam sebagian besar inovasi mutakhir di bidang komputasi dan industri semikonduktor.

Ini mencakup material organik konduktif seperti yang dibahas dalam artikel ini, tetapi juga komputasi neuromorfik, komputasi kuantum, fotonik, dll.

Bersama Intel (INTC ), IBM termasuk perusahaan yang paling agresif mendorong bentuk baru teknologi komputasi, berupaya meniru komputasi non‑silikon dan kesuksesannya di masa lalu.

Hal ini menempatkan IBM pada posisi yang baik untuk memanfaatkan anggaran R&D yang besar serta jaringan mitra penelitiannya dalam memanfaatkan penemuan seperti semikonduktor organik mirip graphene.

2. ON Semiconductor Corporation

ON Grafik Harga

ON Semi adalah perusahaan semikonduktor yang berspesialisasi dalam elektrifikasi, termasuk di otomotif, namun juga di sektor lain seperti energi surya, baterai, dirgantara, telekomunikasi, pusat data, dan medis. Dengan demikian, ia menjadi mitra utama bagi banyak perusahaan industri terbesar di dunia.

Sumber: ON Semi

Sebagian besar keunggulan teknologi ON Semi didasarkan pada silicon carbide, jenis senyawa silikon‑karbon yang digunakan untuk sistem listrik berenergi tinggi. Mereka secara khusus memungkinkan beban daya sangat tinggi yang diperlukan untuk pengisian cepat kendaraan listrik (EV).

Silicon carbide adalah bahan kimia yang baru-baru ini digunakan peneliti untuk mengembangkan graphene semikonduktif, seperti yang dibahas dalam artikel kami “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?”.

Strategi ON Semi yang menggandakan fokus pada silicon carbide menyebabkan perusahaan mengalami lonjakan pendapatan dalam beberapa tahun terakhir, didorong oleh revolusi EV.

Keahlian ON Semi dalam silicon carbide dan secara umum semikonduktor yang menggunakan karbon dapat menjadi sangat berharga dalam mengindustrialisasi semikonduktor berbasis graphene atau material organik.

Sementara itu, kebutuhan akan baterai dan sistem listrik yang semakin kuat dan efisien, silicon carbide, menjadi semakin penting dalam rantai pasokan global. Sebagai pemimpin di sektor ini, ON Semi kemungkinan akan sangat diuntungkan oleh tren elektrifikasi, terutama EV.

Akhirnya, juga memungkinkan bahwa jika semikonduktor organik memiliki aplikasi dalam teknologi baterai, kehadiran kuat ON Semi di sektor tersebut dapat membantu perusahaan menjadi salah satu yang pertama dalam posisi untuk menerapkan teknologi ini.

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.