Semikonduktor Berlapis Mungkin Menjadi Lompatan Selanjutnya dalam Penyimpanan Memori

Semikonduktor adalah blok bangunan fundamental dari hampir semua elektronik modern, memberi daya pada segala hal mulai dari smartphone dan komputer hingga kendaraan listrik, sistem AI, dan peralatan industri. 

Mereka merupakan teknologi inti di balik sirkuit terpadu (IC), yang juga dikenal sebagai chip, memungkinkan penciptaan perangkat yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih efisien. 

Mengenai apa itu semikonduktor, mereka adalah material yang memiliki konduktivitas listrik di antara konduktor dan isolator. Silikon (Si), Germanium (Ge), dan Gallium arsenide (GaAs) adalah beberapa contohnya.

Mereka memungkinkan arus listrik mengalir tergantung pada faktor seperti suhu sekitar atau medan magnet yang dikenakan. Konduktivitas semikonduktor dapat disesuaikan melalui proses yang disebut doping, di mana impuritas ditambahkan ke dalamnya. 

Selain menjadi dasar IC, aplikasi semikonduktor meliputi transistor, yang digunakan untuk switching dan amplifikasi dalam rangkaian elektronik. Semikonduktor juga digunakan dalam panel surya untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik serta dioda yang memungkinkan arus mengalir satu arah. 

Peralihan Menuju Arsitektur Semikonduktor Berlapis

Seiring semikonduktor terus berkembang, semikonduktor hibrida organik‑inorganik semakin menarik perhatian karena efisiensi sel surya yang tinggi dan aplikasi untuk dioda pemancar cahaya (LED). Mereka menggabungkan fleksibilitas dan biaya rendah material organik dengan sifat elektronik material inorganik dalam satu material. 

Semikonduktor berlapis ini, yang memiliki struktur lapisan terpisah dari komponen organik dan inorganik yang dapat diatur untuk memperoleh sifat dan fungsi unik, menghadirkan material generasi berikutnya untuk digunakan dalam perangkat optoelektronik berperforma tinggi.

Dalam ranah semikonduktor berlapis, beberapa tahun lalu peneliti Universitas Nasional Australia memperlihatkan proses fabrikasi “gaya sandwich” baru untuk mencapai elektronik ultra‑rendah energi berbasis partikel hibrida cahaya‑materi eksiton‑polariton.

Di sini, semikonduktor setebal satu atom ditempatkan di antara dua cermin yang menunjukkan propagasi jarak jauh yang kuat, tanpa disipasi, dari eksiton (elektron yang terikat pada lubang) yang bercampur dengan cahaya yang memantul di antara cermin paralel.

Proses fabrikasi “gaya sandwich” untuk mikrokavitas optik berkualitas tinggi meminimalkan kerusakan pada semikonduktor setipis atom sekaligus memaksimalkan interaksi antara eksiton dan foton.

Material setipis atom bukanlah hal terpenting di sini; melainkan, kuncinya adalah konstruksi mikrokavitas. Dan itu dibangun dengan menumpuk komponen satu per satu, mulai dari cermin bawah, kemudian lapisan semikonduktor, dan akhirnya cermin di atas. Struktur atas, bagaimanapun, dibuat terpisah untuk menghindari kerusakan pada semikonduktor setipis atom dan mempertahankan sifat eksiton‑nya.

Meskipun studi ini berfokus pada interaksi cahaya‑materi dalam semikonduktor ultra‑tipis, tim peneliti lain mendorong material hibrida ke arah penyimpanan memori.

Semikonduktor ZnTe Hibrida Mengungkap Kapabilitas Memori Tingkat Lanjut

Di antara semikonduktor berlapis, β‑ZnTe(en)₀.₅ khususnya mendapatkan perhatian khusus karena urutan strukturalnya yang superior serta stabilitas yang lebih lama dibandingkan kebanyakan.

Di sini, penggabungan lapisan material organik memungkinkan sifat optik yang dapat disesuaikan, modifikasi pada struktur pita, dan peningkatan energi pengikatan eksiton. 

Jadi, peneliti dari Washington State University bersama rekan‑rekan dari University of North Carolina at Charlotte menghasilkan material berlapis¹ yang dapat secara dramatis mengubah bentuknya ketika diberi tekanan, menunjukkan kemampuannya membantu komputer menyimpan lebih banyak data dengan energi yang lebih sedikit.

Material ini berbasis hibrida zinc telluride (ZnTe) yang dalam studi tersebut menunjukkan perubahan struktural menakjubkan ketika diperas bersama.

Zinc telluride adalah material semikonduktor dengan celah pita langsung sekitar 2,26 eV. Celah pita langsungnya memungkinkan emisi dan absorpsi cahaya yang efisien, menjadikan ZnTe cocok untuk aplikasi optoelektronik termasuk sel surya, fotodetektor, dan LED serta dalam baterai litium‑ion, diode laser, generator gelombang mikro, dan perangkat elektronik berkecepatan tinggi.

Perubahan struktural yang dialami material berbasis ZnTe hibrida dalam studi terbaru, yang didanai oleh Departemen Energi AS, menjadikannya kandidat menjanjikan untuk memori perubahan fase (PCM).

PCM adalah jenis memori akses acak non‑volatile (RAM) yang bekerja berbeda dari memori yang ada di perangkat kita. Ini adalah penyimpanan data ultra‑cepat dan tahan lama yang tidak memerlukan sumber daya konstan.

Tipe memori ini memanfaatkan perubahan fase material, antara tahap amorf dan kristalin. Perubahan fase ini memengaruhi resistansi listrik material, memungkinkan data disimpan dan diambil kembali. 

Menurut studi, mirip dengan In2Se3 (Indium(III) selenide), yang mengalami perubahan fase pada tekanan sedang, beberapa fase ZnTe(en)₀.₅ juga dapat dimanfaatkan dalam perangkat memori.

In2Se3 dan Indium selenide (InSe) adalah material semikonduktor berlapis yang menunjukkan beragam struktur kristal dan fase.

Sebuah studi menarik dari akhir tahun lalu sebenarnya menemukan metode hemat energi untuk mengubah kristal menjadi kaca, menawarkan solusi sangat efisien untuk perangkat yang menggunakan PCM. 

PCM saat ini bergantung pada proses yang sangat intensif energi, yang melibatkan pemanasan kristal di atas 800 °C dengan laser atau pulsa listrik diikuti pendinginan cepat. Studi yang dilakukan oleh peneliti dari IISc, UPenn, dan MIT mengungkapkan bahwa Indium Selenide memungkinkan transisi padat ke kaca melalui “self‑shocks” internal, sehingga tidak memerlukan suhu tinggi. 

Apa yang terjadi di sini adalah ketika arus listrik diterapkan pada struktur tipis berlapis Indium Selenide, lapisan‑lapisan tersebut meluncur ke arah yang berbeda, menciptakan area di mana atom‑atom berbaris dalam pola tertentu yang dipisahkan oleh batas‑batas, yang berfungsi seperti lempeng tektonik, dan ketika mereka bertabrakan, mereka menghasilkan kejutan mekanik dan listrik kecil.

Setiap kejutan ini mengganggu struktur kristal, yang pada gilirannya menciptakan bercak‑bercak kecil yang bertransformasi menjadi kaca, yang pada akhirnya menyebar ke seluruh material.

“Penelitian PCM sempat melambat karena tantangan menemukan material yang cocok. Namun kini, struktur 2D dan sifat unik Indium Selenide telah bersinergi menciptakan jalur ultra‑rendah energi untuk amorfisasi melalui kejutan,” kata co‑author Pavan Nukala, yang menambahkan bahwa mereka “sedang berupaya mengintegrasikan perangkat ini ke platform CMOS.”

Klik di sini untuk mempelajari apakah semikonduktor organik menggabungkan manfaat graphene & silicon.

Transformasi Struktural Dramatis yang Diinduksi Tekanan

Dalam studi terbaru, material yang difabrikasi disebut β‑ZnTe(en)₀.₅ dan terdiri dari lapisan bergantian zinc telluride.

Bersama dengan lapisan bergantian ZnTe setebal dua monolayer, tim menggunakan etilenediamin (en=C2N2H8) sebagai molekul organik. Ini adalah senyawa yang digunakan sebagai blok bangunan untuk produksi produk kimia. Sebagai sensitisator kontak, ia mampu menghasilkan reaksi lokal maupun umum.

Membandingkan struktur material dengan sandwich, co‑author studi Matt McCluskey, seorang profesor fisika di WSU, mencatat:

“Bayangkan lapisan keramik dan plastik ditumpuk berulang‑ulang. Ketika Anda memberikan tekanan, bagian lunak akan runtuh lebih banyak daripada bagian keras.”

Untuk menerapkan tekanan, mereka menggunakan diamond anvil cell (DAC), sebuah perangkat bertekanan tinggi yang digunakan dalam eksperimen ilmu material dan teknik untuk mempelajari material di bawah kondisi ekstrem. DAC memungkinkan sampel kecil diperas hingga tekanan ekstrem.

Jadi, tim menggunakan DAC untuk menerapkan tekanan ekstrem dan kemudian mengamati perubahan pada material menggunakan sistem sinar‑X. 

Sistem difraksi sinar‑X (XRD) sebenarnya yang membuat penelitian ini memungkinkan, yang dibeli beberapa tahun lalu dengan biaya lebih dari $1 juta berkat bantuan Murdock Charitable Trust.

XRD adalah teknik laboratorium yang menggunakan sinar‑X untuk mengungkap informasi struktural seperti struktur kristal dan komposisi kimia material. Metode kuat ini memungkinkan peneliti mengamati perubahan struktural kecil pada material secara real‑time.

Meskipun eksperimen semacam ini biasanya dilakukan di fasilitas nasional seperti Advanced Light Source di Laboratorium Nasional Berkeley, California, yang memerlukan banyak waktu, berkat peralatan khusus, peneliti dapat melakukannya seluruhnya di kampus Pullman WSU dan itulah yang membuatnya “semakin menarik.”

“Kemampuan melakukan eksperimen bertekanan tinggi di kampus memberi kami fleksibilitas untuk benar‑benar menyelami apa yang terjadi. Kami menemukan bahwa material tidak hanya terkompresi — ia benar‑benar mengubah struktur internalnya secara signifikan.”

– McCluskey

Pengamatan mengungkap bahwa material mengalami dua perubahan fase pada tekanan rendah 2,1 dan 3,3 gigapascal (GPa). Perubahan struktur material dramatis pada kedua kasus, mengalami penyusutan hingga 8 %.

Perubahan yang terdeteksi pada XRD kemudian diverifikasi dengan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), sebuah teknik untuk memperoleh spektrum inframerah emisi atau absorpsi padatan, cairan, atau gas. Teknik ini juga menunjukkan perubahan pada mode vibrasi pada kedua tekanan transisi fase.

Potensi Aplikasi di Masa Depan

Transisi fase suatu material mengacu pada perubahan struktur pada tingkat atom sebagai akibat perubahan kondisi eksternal seperti tekanan atau suhu. Dalam studi ini, perubahan terjadi antara dua keadaan padat, di mana atom‑atom menyusun kembali menjadi konfigurasi yang lebih padat. 

Transisi semacam itu dapat secara signifikan mengubah beberapa properti material, seperti cara mereka memancarkan cahaya atau menghantarkan listrik. 

Dengan fase struktural yang umumnya memiliki karakteristik optik dan listrik yang berbeda, mereka diyakini berguna dalam mengkodekan informasi digital, yang menjadi dasar memori perubahan fase.

Transisi untuk β‑ZnTe(en)₀.₅, menurut studi, terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah dibandingkan fase perubahan terendah yang pernah dilaporkan untuk zinc telluride murni.

According to Miller:

“Sebagian besar material seperti ini memerlukan tekanan besar untuk mengubah struktur, tetapi material ini mulai bertransformasi pada sepersepuluh tekanan yang biasanya kita lihat pada zinc telluride murni. Itulah yang membuat material ini begitu menarik — ia menunjukkan efek besar pada tekanan yang jauh lebih rendah.”

Namun itu belum semuanya. Temuan studi menunjukkan respons tekanan anisotropik tinggi pada material, yang berarti sifatnya bervariasi dalam besaran pada arah yang berbeda, dengan lapisan organik sangat responsif terhadap perubahan tekanan.

Menggabungkan sensitivitas arah, di mana arah tekanan memengaruhi perilaku material, dengan struktur berlapis membuat material semakin dapat disesuaikan, membuka peluang untuk kasus tambahan seperti fotonik, di mana cahaya digunakan untuk memindahkan dan menyimpan informasi.

Material ini sebenarnya memancarkan cahaya ultraviolet, dan peneliti berpikir bahwa cahayanya juga dapat bergeser tergantung pada fase. Kemampuan ini dapat membuat β‑ZnTe(en)₀.₅ berguna dalam serat optik atau komputasi optik.

Meskipun menunjukkan potensi besar sebagai material memori komersial, β‑ZnTe(en)₀.₅ masih berada pada tahap pengembangan yang sangat awal sebagaimana Miller menyatakan:

“Kami baru mulai memahami apa yang dapat dilakukan material hibrida ini.”

Langkah selanjutnya tim dalam studi ini adalah mempelajari bagaimana material merespons perubahan suhu dan kemudian menyelidiki apa yang terjadi ketika panas dan tekanan diterapkan bersamaan pada material. Dengan cara ini, peneliti akan membangun peta yang lebih lengkap tentang perilaku dan kemungkinan β‑ZnTe(en)₀.

Berinvestasi di Semikonduktor

Dalam dunia semikonduktor, kapitalisasi pasar $2,8 triliun NVIDIA Corporation (NVDA ) adalah nama terbesar, yang mendominasi teknologi AI dan GPU. Pemain terkemuka lainnya di bidang ini meliputi pembuat chip legacy senilai $90 miliar Intel Corporation (INTC ), yang sedang memperluas ke AI dan memori canggih, serta $160 miliar Advanced Micro Devices (AMD ), yang mengeksplorasi teknologi semikonduktor emerging.

Namun hari ini, kami akan menelusuri lebih dalam Micron (MU ), yang berspesialisasi dalam memori dan penyimpanan, termasuk memori perubahan fase (PCM). Dengan memori dan penyimpanan menjadi kendala utama dalam komputasi modern, Micron menonjol sebagai salah satu dari sedikit perusahaan yang menghadapi tantangan ini secara langsung. Dan seiring permintaan meningkat dari AI, infrastruktur cloud, dan perangkat edge, kepemimpinan Micron dalam DRAM dan NAND, bersama kerja pada teknologi generasi berikutnya seperti PCM, menjadikannya pemain kritis yang patut dipantau di ruang semikonduktor.

Micron Technology (MU )

Penyedia solusi memori dan penyimpanan ini menawarkan portofolio produk DRAM, NAND, dan NOR berperforma tinggi. 

Ia beroperasi melalui Compute and Networking Business Unit (CNBU), yang menyediakan solusi untuk pusat data, grafis, PC, dan pasar jaringan; Mobile Business Unit (MBU) melayani pasar smartphone dan perangkat mobile lainnya; Embedded Business Unit (EBU), yang melayani pasar industri, otomotif, dan konsumen tertanam; serta Storage Business Unit (SBU), yang mencakup SSD dan solusi penyimpanan tingkat komponen.

Perusahaan ini adalah yang pertama mengirimkan solusi memori HBM3E dan SOCAMM secara global untuk server AI bekerja sama dengan NVIDIA. 

Micron memiliki kapitalisasi pasar $90,2 miliar dengan saham diperdagangkan pada $79,55, turun hanya sekitar 4 % YTD. EPS (TTM)‑nya 4,14, P/E (TTM)‑nya 19,51, dan dividend yield yang ditawarkan hanya 0,57 %.

Pada bulan Maret, perusahaan mengumumkan hasil keuangan untuk Q2 tahun fiskal 2025, yang berakhir 27 Februari, 2025, mengungkapkan pendapatan $8,05 miliar, turun dari $8,71 miliar pada kuartal sebelumnya namun naik dari $5,82 miliar pada periode yang sama tahun lalu.

Laba bersih GAAP sebesar $1,58 miliar, atau $1,41 per saham terdilusi sementara laba bersih Non‑GAAP sebesar $1,78 miliar, atau $1,56 per saham terdilusi. Arus kas operasi untuk periode tersebut mencapai $3,94 miliar.

“Micron menyampaikan EPS Q2 fiskal di atas panduan dan pendapatan pusat data meningkat tiga kali lipat dibandingkan tahun lalu,” kata CEO Sanjay Mehrotra yang mencatat peluncuran node DRAM 1‑gamma yang memperluas kepemimpinan teknologi perusahaan. Pada Q3, Micron memperkirakan akan mencatat “pendapatan kuartalan rekor… dengan pertumbuhan permintaan DRAM dan NAND di pasar pusat data serta konsumen.”

Latest on Micron Technology

Kesimpulan

Sebagai tulang punggung elektronik modern, semikonduktor sangat penting bagi kemajuan teknologi. Inovasi dalam teknologi semikonduktor telah menghasilkan produk baru dan lebih baik serta terobosan dalam segala hal mulai dari smartphone hingga sistem AI.

Dengan latar belakang tersebut, riset baru menandai pergeseran besar dengan melampaui arsitektur berbasis silikon tradisional menuju hibrida organik‑inorganik berlapis. Penemuan kemampuan unik material untuk mengalami transisi fase pada tekanan rendah dengan kemampuan penyesuaian struktural memperkenalkan frontier baru bagi material optoelektronik dan menjadikan β‑ZnTe(en)₀.₅ kandidat menjanjikan untuk teknologi memori berdaya rendah dan berperforma tinggi. 

Eksplorasi lebih lanjut di bawah kondisi termal yang bervariasi bahkan dapat membuka aplikasi baru yang sepenuhnya berbeda untuk material ini dalam komputasi optik, serat optik, dan penyimpanan data berdaya rendah, menandai bab yang menarik dalam revolusi semikonduktor yang terus berlanjut.

Klik di sini untuk daftar saham peralatan semikonduktor teratas.

Studi yang Dirujuk:

1. Miller, J. C., Wang, Y., Zhang, Y., Schmedake, T. A., & McCluskey, M. D. (2025). Phase transitions of β‑ZnTe(en)₀.₅ under hydrostatic pressure. AIP Advances, 15(4), 045308. https://doi.org/10.1063/5.0266352