Perovskit yang Didepositkan dengan Uap Menggerakkan Semikonduktor Generasi Berikutnya

Elektronik telah sangat memengaruhi masyarakat modern, tidak hanya telekomunikasi dan hiburan tetapi juga pendidikan, perawatan kesehatan, transportasi, manufaktur, komputasi, dan keamanan.

Komponen penting dalam perangkat listrik adalah semikonduktor, yang juga dikenal sebagai chip. Semikonduktor adalah material yang memiliki beberapa sifat baik isolator maupun konduktor. Material ini dapat dimodifikasi untuk memenuhi kebutuhan spesifik komponen elektronik tempatnya berada. Fungsinya meliputi penguatan sinyal, switching, dan konversi energi.

Industri semikonduktor berfokus pada pengembangan produk yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih murah serta terus mengeksplorasi material baru untuk mencapai tujuan tersebut dan memajukan generasi perangkat elektronik berikutnya.

Menjelajahi Perovskit Berbasis Timah (Sn) yang Tidak Beracun untuk Semikonduktor

Di antara semikonduktor yang sedang muncul, perovskit metal-halida telah mendapatkan perhatian berkat sifat transportasi muatan yang luar biasa serta kemampuan deposit area luas yang murah pada suhu rendah. 

Metal halida adalah senyawa yang terbentuk ketika unsur logam dan halogen bergabung. Contohnya natrium klorida, yang merupakan garam, dan uranium heksafluorida, yang merupakan bahan bakar yang digunakan dalam reaktor energi nuklir. 

Perovskit adalah kelas material dengan struktur kristal ABO3. Di sini, A adalah unsur tanah jarang, sementara B adalah logam transisi. Material ini diproduksi melalui dekomposisi termal asetat, nitrat, dan karbonat pada suhu tinggi antara 600 hingga 900 derajat Celsius.

Di antara perovskit metal-halida, kandidat berbasis timah (Sn) yang tidak beracun dengan struktur kristal unik telah muncul sebagai kandidat menjanjikan. Semikonduktor berbasis timah sangat diinginkan untuk aplikasi energi karena toksisitasnya yang rendah dan biokompatibilitasnya.

Sebuah studi¹ yang dilakukan oleh peneliti dari Iowa State University beralih ke chalcohalida berbasis timah, yang sedang dieksplorasi sebagai semikonduktor untuk berbagai aplikasi. Mereka sebenarnya memiliki sifat optoelektronik, menunjukkan stabilitas tinggi secara inheren, dan efisiensi konversi daya.

Studi tersebut berfokus pada pengembangan semikonduktor chalcohalida timah multinary, menggunakan metode fase larutan yang serbaguna, sebagai alternatif bebas timbal untuk aplikasi optoelektronik. Studi ini memvalidasi bahwa chalcohalida timah menunjukkan stabilitas air yang luar biasa di kondisi lingkungan dan ketahanan panas yang sangat baik dibandingkan dengan perovskit halida. Dengan pekerjaan ini, tujuannya adalah membantu merancang semikonduktor dan perangkat yang lebih stabil serta biokompatibel.

TFT P-Channel Berkinerja Tinggi untuk Kecepatan & Efisiensi

Ketika membahas perovskit halida berbasis timah (Sn) yang tidak beracun, seperti caesium tin triiodide (CsSnI3), formamidinium tin triiodide (FASnI3), dan methylammonium tin triiodide (MASnI3), mereka menunjukkan potensi dalam pengembangan thin-film transistors (TFT) p-channel berkinerja tinggi.

TFT paling umum digunakan dalam layar kristal cair (LCD) dan menjadi kekuatan penggerak di balik tampilan panel datar pada smartphone, tablet, laptop, desktop, dan TV HD.

Saat menggunakan perangkat kami, ribuan komponen mikroskopis, yaitu transistor, beroperasi tanpa lelah di balik layar, mengatur arus listrik untuk menampilkan gambar dan memastikan operasi yang mulus. 

Sekarang, transistor dikategorikan sebagai tipe-n (transportasi elektron) dan tipe-p (transportasi lubang). Perangkat tipe-n umumnya menunjukkan kinerja yang lebih unggul. Namun jika kita ingin mencapai komputasi berkecepatan tinggi dengan konsumsi daya rendah, transistor tipe-p juga perlu mencapai efisiensi yang sebanding.

Oleh karena itu, fokusnya adalah pada transistor film tipis p-channel berkinerja tinggi. Untuk memproduksi TFT, biasanya semikonduktor seperti silikon atau oksida logam dan lapisan dielektrik, biasanya berupa material anorganik, ditempatkan di atas substrat non-konduktif seperti kaca atau plastik.

Sekarang, jika kita ingin menggunakan perovskit sebagai lapisan kanal, yaitu material semikonduktor, dalam aplikasi transistor film tipis, kita perlu menyesuaikan konsentrasi lubang yang sangat tinggi. Kita juga harus mengontrol proses kristalisasi untuk memperpanjang waktu penyebaran. 

Untuk mengatur nukleasi dan kristalisasi prekursor perovskit halida Sn2+, metode rekayasa komposisi digunakan. Metode ini memungkinkan TFT mencapai mobilitas efek medan lubang tinggi yang setara dengan perangkat polikristalin suhu rendah, yang terutama digunakan dalam industri fotovoltaik surya dan elektronik.

Teknik deposit utama yang digunakan untuk film tipis perovskit halida Sn2+ adalah pemrosesan larutan, yang mirip merendam tinta ke dalam kertas. Teknik ini menyediakan percobaan optimasi cepat dengan biaya yang efektif.

Kemajuan cepat ini di laboratorium serta prospek fabrikasi masa depan yang berbiaya rendah dan throughput tinggi menjadi alasan mengapa sebagian besar penelitian mengenai penggunaan material perovskit halida dalam optoelektronik berfokus pada metode deposit berbasis larutan.

Namun di dunia nyata, hal ini tidak terjadi sama sekali. Karena mentransfer teknik ini dari laboratorium ke lingkungan industri sangat menantang. Ketika diterapkan dalam rantai produksi opto-elektronik industri, bahkan yang paling berpengalaman pun kesulitan mencapai hasil produksi dan reproduktifitas yang cukup dengan metode ini.

Jadi, meskipun perovskit halida timah (Sn2+) yang diproses dengan larutan layak untuk TFT p-channel dengan kinerja yang sebanding dengan teknologi polysilikon suhu rendah komersial, masalah muncul tidak hanya pada kualitas yang konsisten tetapi juga pada skalabilitas dan komersialisasi karena kompatibilitasnya yang rendah dengan proses manufaktur yang ada untuk tampilan panel datar dan perangkat semikonduktor. 

Teknik Deposisi Berbasis Uap Mengambil Kendali

Deposisi uap telah muncul sebagai alternatif teknik berbasis larutan untuk menghasilkan Thin-Film Transistors (TFTs).

Ini sebenarnya merupakan teknik populer dan terdepan untuk elektronik film tipis yang dikomersialkan karena kesederhanaannya, keunggulan presisi, kualitas film yang luar biasa, dan kompatibilitas dengan proses produksi konvensional. 

Ketebalan dan morfologi film tipis memiliki dampak kritis pada kinerja perangkat, dan deposisi uap memungkinkan manipulasi yang tepat.

Baik physical vapor deposition (PVD) maupun chemical vapor deposition (CVD) menawarkan kontrol yang sangat baik atas ketebalan film, komposisi, dan sifatnya. 

Karena keterbatasan teknik berbasis larutan, teknik deposisi berbasis uap paling umum digunakan di lingkungan industri nyata, terutama dalam manufaktur fotovoltaik. Misalnya, penyedia solusi energi surya PV terkemuka, First Solar (FSLR ), menggunakan proses uap untuk memproduksi sel surya kadmium tellurida mereka. Contoh lain adalah Heliatek GmbH, yang menggunakan evaporasi termal untuk fotovoltaik organik komersial mereka.

Namun, tentu saja, teknik deposisi berbasis uap tidak lepas dari tantangannya. Ini mencakup biaya tinggi, kompleksitas proses, throughput terbatas, dan batasan pada ukuran serta bentuk substrat.

Sebuah studi dari tahun lalu memperkenalkan metode baru² yang disebut continuous flash sublimation (CFS) untuk mengatasi keterbatasan deposisi uap dalam menghasilkan film perovskit halida anorganik berkualitas tinggi.

Teknik CFS mereka memungkinkan deposisi yang cepat dan kontinu, mengurangi waktu fabrikasi dan meningkatkan keseragaman film, yang penting untuk manufaktur skala besar perangkat berbasis perovskit.

Menurut temuan studi, penggunaan film yang dihasilkan melalui CFS dalam sel surya praktis menghasilkan kinerja yang tidak hanya setara dengan film yang didepositkan dengan larutan tetapi juga lebih unggul dibandingkan perangkat perovskit anorganik seluruhnya yang sebelumnya dilaporkan dengan deposisi uap.

Penelitian tersebut melaporkan efisiensi konversi daya sebesar 15%, memberikan “sel surya yang diproses dengan uap paling efisien yang menggunakan absorber perovskit halida anorganik” sambil menyelesaikan tantangan pada sel surya perovskit yang diproses dengan uap, termasuk waktu proses yang terlalu lama dan kurangnya deposisi kontinu, keduanya menghambat penerapan cepat pendekatan berbasis uap pada skala industri.

Merevolusi Semikonduktor dengan Lapisan CsSnI3 yang Dihidupkan oleh Uap

Proses kristalisasi deposisi uap melibatkan reaksi padat yang lambat, berbeda dengan reaksi ionik cepat pada pemrosesan larutan.

Hal ini menjadikannya tantangan untuk mencapai kanal perovskit Sn2+ yang berkualitas tinggi dan mobilitas tinggi dengan kepadatan lubang yang sesuai melalui deposisi uap.

Untuk mengatasi keterbatasan, tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Youjin Reo dan Profesor Yong-Young Noh dari Departemen Teknik Kimia di Pohang University of Science and Technology (POSTECH) telah mengembangkan teknologi terobosan.

Apa yang dilakukan tim adalah memanfaatkan pendekatan evaporasi termal dengan CsSnI3 (inorganik caesium tin iodide) untuk membuat TFT p-channel perovskit halida Sn2+, yang menunjukkan potensi dalam merevolusi tampilan generasi berikutnya dan perangkat elektronik.

Studi, yang dilakukan secara kolaboratif dengan Profesor Huihui Zhu dan Ao Liu dari University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), dipublikasikan di Nature Electronics³ dan menerima dukungan dari Pemerintah Korea, National Natural Science Foundation of China, serta Samsung Display Corporation.

Tim berhasil menerapkan evaporasi termal, yang secara luas digunakan untuk memproduksi chip semikonduktor dan TV OLED, untuk menghasilkan lapisan semikonduktor CsSnI3 berkualitas tinggi.

Dengan metode ini, material diuapkan pada suhu tinggi untuk menciptakan film tipis pada substrat.

Selain melakukan deposisi uap TFT p-channel berbasis CsSnI3 anorganik, tim menggunakan timbal klorida (PbCl2) sebagai aditif. Hanya dengan menambahkan sedikit PbCl2, mereka meningkatkan keseragaman dan kristalinitas film tipis perovskit.

Cara kerjanya adalah dengan menggunakan klorida volatil sebagai inisiator reaksi, yang menyebabkan reaksi fase padat pada senyawa perovskit yang telah diuapkan, yang berlanjut hingga pembentukan fase perovskit yang lengkap. Hal ini pada gilirannya mendorong pembentukan butir-butir besar yang padat secara berurutan.

Selain memfasilitasi pembentukan film perovskit yang konsisten dan berkualitas tinggi, hal ini juga memodulasi kepadatan lubang tinggi, menjadikannya cocok untuk penggunaan sebagai lapisan kanal.

TFT yang dioptimalkan dalam studi (CsSnI3:PbCl2 TFT) menunjukkan stabilitas penyimpanan jangka panjang (lebih dari 150 hari) dan kinerja luar biasa, mencapai mobilitas lubang lebih dari 33,8 cm2 V−1 s−1 dan rasio arus on/off (Ion/Ioff) lebih dari 10⁸. Kinerja ini sebanding dengan semikonduktor oksida tipe-n yang sudah dipasarkan, yang menunjukkan pemrosesan sinyal cepat dan konsumsi daya rendah saat switching.

Selain itu, tim berhasil membuat array TFT perovskit halida Sn2+ berskala besar yang seragam. Dengan pencapaian ini, bersama dengan peningkatan stabilitas perangkat, inovasi dari POSTECH bekerja sama dengan peneliti UESTC secara efektif mengatasi batasan teknis utama dari metode berbasis larutan.

Secara khusus, karena kompatibel dengan peralatan manufaktur yang ada yang digunakan dalam produksi tampilan OLED, teknologi ini memiliki potensi signifikan untuk mengurangi biaya dan menyederhanakan proses fabrikasi.

Menurut studi, TFT yang didepositkan dengan uap berpotensi digunakan pada backplane untuk tampilan diode pemancar cahaya organik (OLED) atau pada perangkat logika dan sirkuit untuk integrasi 3D monolitik, yang memerlukan suhu proses rendah.

“Teknologi ini membuka peluang menarik untuk komersialisasi tampilan ultra-tipis, fleksibel, dan beresolusi tinggi pada smartphone, TV, sirkuit terintegrasi bertumpuk vertikal, bahkan elektronik yang dapat dipakai karena suhu proses rendah di bawah 300 °C.”

– Profesor Yong-Young Noh

Seiring terobosan material semikonduktor terus berkembang, mari kita lihat pemain industri utama yang dapat diinvestasikan.

Klik di sini untuk mengetahui apakah semikonduktor graphene akhirnya hadir.

Berinvestasi dalam Semikonduktor

Dalam dunia semikonduktor, Intel (INTC ) adalah salah satu perusahaan terbesar, dan sangat berinvestasi dalam pengembangan teknologi chip canggih. Seiring industri beralih ke transistor yang lebih kecil dan lebih efisien, inovasi seperti perovskit yang didepositkan dengan uap menarik minat Intel, yang mencari alternatif silikon untuk aplikasi tertentu.

Tidak kalah penting, Intel terus bekerja mengintegrasikan material baru ke dalam desain chip untuk meningkatkan kinerja dan arsitektur chip secara keseluruhan. 

Intel Corporation (INTC )

Perusahaan beroperasi melalui tiga segmen. Produk Intel mencakup Network and Edge (NEX), Data Center and AI (DCAI), dan Client Computing Group (CCG). Segmen Intel Foundry adalah segmen lainnya, sementara semua segmen lainnya mencakup Altera, Mobileye, dan lainnya.

Pembuat chip terbesar di AS ini memiliki produsen PC utama seperti Dell, Lenovo, dan HP sebagai pelanggannya. Ia juga memproduksi chip mutakhir untuk Departemen Pertahanan AS. Selain itu, Intel telah menjalin kemitraan dengan perusahaan seperti Microsoft (MSFT ), Cisco, SAP, dan Amazon. 

Intel memiliki kapitalisasi pasar sebesar $91,23 miliar, dan sahamnya saat ini diperdagangkan pada $20,93, naik 4,6% tahun ini sejauh ini. EPS (TTM) nya adalah -4,48, dan P/E (TTM) adalah -4,68, namun tidak ada dividen yang ditawarkan kepada pemegang saham.

Meskipun kinerja INTC telah menjadi positif tahun ini, harga saham masih jauh dari puncak 2021 sekitar $67,5. Tahun 2023 merupakan tahun yang baik untuk saham Intel. Namun tahun lalu sulit, karena harga turun di bawah $19, dan tahun ini, ketidakpastian yang dibawa tarif dan potensi perang dagang telah memengaruhi pasar saham secara luas.

“Lingkungan makro saat ini menciptakan ketidakpastian yang tinggi di seluruh industri,” kata CFO David Zinsner. Sementara perusahaan mengambil “pendekatan yang disiplin dan hati-hati” dalam panggilan dengan analis, Zinsner mencatat bahwa kebijakan perdagangan dan risiko regulasi “meningkatkan kemungkinan perlambatan ekonomi, dengan probabilitas resesi yang meningkat.”

Beberapa kabar positif, bagaimanapun, dapat dilihat dalam persiapan pemerintahan Trump untuk membalikkan pembatasan ekspor chip AS yang dikenal sebagai ‘aturan difusi AI.’ Ini akan mengakhiri serangkaian batasan yang diberlakukan pada produsen semikonduktor oleh pemerintahan Biden dan dijadwalkan berlaku pada 15 Mei.

Di bawah aturan ini, negara-negara dibagi menjadi tiga tingkatan berbeda, dan semuanya dibatasi terkait apakah chip AI canggih seperti yang dibuat oleh Intel dan Nvidia (NVDA ) dapat dikirim ke negara tersebut tanpa lisensi.

“Aturan AI Biden terlalu kompleks, terlalu birokratis, dan akan menghambat inovasi Amerika. Kami akan menggantinya dengan aturan yang jauh lebih sederhana yang melepaskan inovasi Amerika dan memastikan dominasi AI Amerika.”

– Juru bicara Departemen Perdagangan

Mengenai keuangan Intel, kuartal pertama 2025 mencatat pertumbuhan tahunan yang datar dengan pendapatan sebesar $12,7 miliar sementara laba (rugi) per saham (EPS) adalah $(0,19) dan non-GAAP EPS adalah $0,13. Ini terjadi setelah mencatat pendapatan $53,1 miliar sepanjang 2024, turun 2% YoY, sementara EPS adalah $(4,38) dan non-GAAP EPS adalah $(0,13).

Pelambatan diperkirakan akan berlanjut pada kuartal berikutnya, dengan Intel memperkirakan pendapatan antara $11,2 miliar dan $12,4 miliar. Namun, perusahaan telah mengumumkan rencana memangkas biaya pada tahun mendatang, pertama di bawah CEO Lip-Bu Tan. Biaya operasionalnya pada 2025 diperkirakan sebesar $17 miliar, dan pada 2026 diperkirakan $16 miliar.

“Kuartal pertama adalah langkah ke arah yang benar, tetapi tidak ada solusi cepat saat kami bekerja untuk kembali ke jalur memperoleh pangsa pasar dan mendorong pertumbuhan berkelanjutan,” kata Tan, yang berinvestasi di ratusan perusahaan teknologi China. Di bawah kepemimpinannya, perusahaan “mengambil tindakan cepat untuk meningkatkan pelaksanaan dan efisiensi operasional sambil memberdayakan insinyur kami untuk menciptakan produk hebat.”

Jadi, Intel jelas sedang menghadapi periode yang menantang. Selain penurunan pendapatan dan kinerja pasar yang tidak memuaskan, perusahaan kehilangan pangsa pasar, dan investasinya di bisnis foundry belum menghasilkan hasil signifikan. Intel juga mengalami kegagalan eksekusi saat meluncurkan produk baru.

Namun restrukturisasi agresif di bawah kepemimpinan baru, yang mungkin melibatkan pemutusan hubungan kerja, spekulasi tentang spin-off atau penjualan saham operasi Foundry ke TSMC, serta potensi merebut kembali kepemimpinannya dengan Intel 18A, yang telah mendapatkan dukungan Microsoft dan juga dipertimbangkan oleh Nvidia dan Google, dapat membantu Intel melakukan kebangkitan yang signifikan, meskipun eksekusi akan menjadi kunci di sini.

Berita Terbaru tentang Intel Corporation

Kesimpulan

Semikonduktor adalah fondasi elektronik modern. Dan dengan permintaan akan perangkat yang lebih murah, lebih cepat, dan lebih kecil, inovasi material menjadi lebih penting daripada sebelumnya.

Dengan latar belakang ini, terobosan yang dicapai oleh studi terbaru menunjukkan potensi besar untuk mengganggu teknologi transistor film tipis konvensional. Kemajuan dalam TFT perovskit halida Sn2+ yang didepositkan dengan uap telah meningkatkan stabilitas termal dan kompatibilitas dengan metode fabrikasi OLED yang ada, menyoroti masa depan yang menjanjikan untuk mengintegrasikan semikonduktor berbasis perovskit ke dalam elektronik fleksibel dan 3D.

Melalui inovasi berkelanjutan seperti ini, kita bergerak menuju masa depan dengan perangkat pintar yang sangat kompak, hemat energi, dan fleksibel.

Klik di sini untuk daftar saham peralatan semikonduktor teratas.

Studi yang Dirujuk:

1. Roth, A. N., Porter, A. P., Horger, S., Ochoa-Romero, K., Guirado, G., Rossini, A. J., & Vela, J. (2024). Semikonduktor Bebas Timbal: Evolusi Fase dan Stabilitas Superior dari Chalcohalida Timah Multinary. Chemistry of Materials, 36(9), 4542–4552. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00209

2. Abzieher, T., Muzzillo, C. P., Mirzokarimov, M., Lahti, G., Kau, W. F., Kroupa, D. M., Cira, S. G., Hillhouse, H. W., Kirmani, A. R., Schall, J., Kern, D., Luther, J. M., & Moore, D. T. (2024). Sublimasi Kilat Kontinu dari Perovskit Halida Anorganik: Mengatasi Batas Kecepatan dan Kontinuitas Deposisi Uap. Journal of Materials Chemistry A, 12, 8405–8419. https://doi.org/10.1039/D3TA05881F

3. Reo, Y., Zou, T., Choi, T., et al. (2025). Transistor Perovskit Timah Berkinerja Tinggi yang Didepositkan dengan Uap. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01380-8