1. Munculnya Transistor Termal

Transistor termal revolusioner yang dikembangkan oleh tim peneliti di Universitas California, Los Angeles (UCLA), telah mencapai terobosan kemajuan teknologi. Ini memiliki potensi yang tak tertandingi dalam desain tingkat atom dan rekayasa molekuler untuk manajemen termal chip komputer.

Transistor termal solid-state jenis baru ini menggunakan efek medan listrik untuk secara tepat mengontrol pergerakan panas dalam komponen semikonduktor. Ini memiliki potensi yang tak tertandingi dalam desain tingkat atom dan rekayasa molekuler untuk manajemen termal chip komputer, sekaligus menunjukkan kompatibilitas yang sangat baik dengan proses manufaktur semikonduktor saat ini.

Transistor ini telah mencapai kecepatan peralihan yang memecahkan rekor melebihi 1 terahertz dan menawarkan penyesuaian 1300% dalam konduktivitas termal, melampaui batasan sebelumnya dalam modulasi konduktivitas termal.

Untuk memvalidasi teknologi ini, antarmuka molekuler yang dirakit sendiri digunakan untuk menyesuaikan ketahanan termal secara tepat melalui medan listrik, yang menunjukkan kontrol pergerakan panas.

Inovasi teknologi yang terukur ini tidak hanya menandai lompatan signifikan dalam manufaktur dan kinerja chip, namun juga menjanjikan peningkatan manajemen termal pada tingkat molekuler, yang berpotensi meluas ke bidang sel hidup.

Dukungan teknis disediakan oleh Fasilitas Penelitian Nanoelektronik UCLA dan CNSI, dengan sumber informasi dari divisi Penelitian dan Pendidikan Digital Perpustakaan UCLA dan Ekosistem Koordinasi Infrastruktur Jaringan Lanjutan Institut Penelitian dan Pendidikan Digital.

2. Peningkatan ke Mesin Litografi EUV ASML

Pada tahun 2023, ASML mengirimkan pemindai High-NA EUV pertamanya, Twinscan EXE:5000, kepada Intel. Pengembangan kolaboratif mesin ini dimulai pada tahun 2018. Intel berencana menerapkan Twinscan EXE:5200 tingkat komersial untuk produksi volume tinggi pada tahun 2025.

Lensa 0.55 NA pada pemindai High-NA EUV memastikan resolusi 8nm, yang sangat penting untuk produksi chip canggih pada 3nm dan seterusnya. Sebagai perusahaan pertama yang mengadopsi peralatan mutakhir ini, Intel memperoleh keunggulan strategis dalam menetapkan standar industri, berpotensi melampaui pesaingnya, Samsung dan TSMC, di masa mendatang.

Pemindai High-NA memiliki kemampuan unik, dengan ukuran pancaran sinarnya dikurangi setengahnya lagi, sehingga memerlukan investasi infrastruktur yang besar. Penerapan awal Intel terhadap teknologi terbaru ini merupakan langkah persiapan penting untuk menerapkan teknik manufaktur yang lebih maju. ASML telah berkomitmen untuk memproduksi 20 pemindai High-NA EUV setiap tahunnya pada tahun 2027-2028, menempatkan teknologi ini sebagai landasan untuk kemajuan di masa depan. Intel bertujuan untuk menjadikan dirinya sebagai pemimpin industri.

3. Chip yang Dirancang AI

Sebuah makalah penelitian kontroversial yang diterbitkan oleh Google mengklaim kemajuan signifikan dalam kecerdasan buatan untuk desain chip, mengirimkan gelombang kejutan ke seluruh industri.

Google mengklaim bahwa teknologi kecerdasan buatannya telah mempercepat perencanaan tata letak unit pemrosesan yang mendasari chip AI-nya, menyelesaikan tugas dalam waktu kurang dari enam jam, jauh melampaui kemampuan para ahli manusia.

Chip TPU v5 telah memicu kontroversi. Google mengklaim bahwa tujuannya bukan untuk menggantikan perancang manusia tetapi untuk menunjukkan bahwa AI dapat berkolaborasi dalam proses desain chip. (Orang Amerika juga khawatir AI akan mengambil alih pekerjaan mereka, dan Google mengatakan mereka hanya bereksperimen dan tidak benar-benar menggunakannya. Apakah Anda percaya?)

Meskipun ada keraguan dari para peneliti sejawat mengenai validitas penelitian ini dan tantangan yang masih ada, penelitian ini memainkan peran penting dalam mendorong inovasi teknologi. Ketika teknologi sudah matang, lanskap industri desain chip akan mengalami transformasi besar.

4. Teknologi Catu Daya Terbalik untuk Chip

Intel dengan hati-hati memperkenalkan teknologi baru, PowerVia, bersamaan dengan peluncuran RibbonFET. PowerVia menggunakan pengiriman daya bagian belakang dengan menempatkan interkoneksi daya di bagian bawah silikon, menghasilkan peningkatan frekuensi sebesar 6%, desain yang lebih ringkas, dan pengurangan disipasi daya sebesar 30%.

Pengujian menunjukkan bahwa tidak ada peningkatan biaya dan tidak ada penurunan keandalan. Proses pembuatannya mencakup skala nano melalui pengeboran (TSV), pengikatan wafer pembawa, dan pembuatan interkoneksi daya di bagian bawah chip. Meskipun terdapat kompleksitas tambahan, Intel mencapai penghematan biaya dengan mengoptimalkan lapisan M0 tanpa interkoneksi daya.

PowerVia telah berhasil diintegrasikan ke dalam proses produksi Intel, membuka jalan bagi node 20A dengan transistor RibbonFET pada tahun 2024. Kemajuan ini menempatkan Intel pada posisi yang berpotensi melampaui para pesaing seperti TSMC dan Samsung dalam hal transistor nanosheet dan penyaluran daya dari sisi belakang.

5. Chip Terintegrasi Laser

Sirkuit Terpadu Fotonik (PIC) telah banyak diterapkan pada transceiver optik berkecepatan tinggi dan aplikasi seperti LIDAR. Namun, mengintegrasikan laser ke chip fotonik silikon tetap menjadi tantangan yang signifikan karena terbatasnya efisiensi emisi silikon. Pusat penelitian nanoelektronik Belgia, Imec, memimpin upaya penelitian ini. Dalam proses yang disebut pengikatan flip-chip, cetakan laser disejajarkan secara tepat dengan akurasi sub-mikron, ditransfer, dan diikat ke wafer fotonik silikon.

Proses fotonik silikon tingkat wafer telah mencapai efisiensi penggandengan hingga 80%, dengan beberapa contoh aplikasi mencapai 60% yang memuaskan. Hal ini menunjukkan efektivitas pendekatan ini.

Ada berbagai metode untuk mentransfer cetakan laser. Salah satu pendekatannya adalah pencetakan transfer mikro, yang menggunakan perekat atau ikatan molekul untuk perakitan dan penggabungan secara cepat. Metode ini sangat berguna dalam skenario throughput tinggi yang memerlukan integrasi sejumlah besar komponen III-V. Ikatan wafer adalah teknik lain untuk mengikat material III-V ke wafer silikon, memungkinkan pemrosesan paralel beberapa perangkat dan menawarkan efisiensi lebih tinggi untuk antarmuka optik.

Teknologi Imec adalah integrasi monolitik, juga dikenal sebagai Nano Ridge Engineering (NRE), yang mewakili pendekatan mutakhir. Metode ini menggunakan pengurungan parit untuk membatasi cacat, yang bertujuan untuk mencapai pertumbuhan bebas cacat bahan III-V pada silikon.

Teknologi NRE Imec memungkinkan produksi fotodioda berbasis GaAs berkualitas tinggi pada lini produksi silikon 300mm.

Pemrosesan flip-chip menawarkan kesederhanaan dan fleksibilitas, namun sifat sekuensialnya membatasi efisiensi produksi. Sebaliknya, pencetakan transfer mikro dan pengikatan wafer, meskipun memerlukan biaya lebih tinggi, menunjukkan hasil yang lebih tinggi dan potensi biaya yang lebih rendah dalam aplikasi yang memerlukan banyak laser per IC foton. Integrasi monolitik, khususnya EBT, menghadirkan arah yang menjanjikan dengan mengatasi tantangan mendasar pertumbuhan bebas cacat secara langsung pada silikon sebagai komponen dasar. Dengan penyebaran dan kemajuan proses ini, proses ini siap untuk melayani berbagai kebutuhan aplikasi di bidang fotonik silikon dengan lebih baik.

6. Fusi Foton

Para peneliti di Congreve Lab Universitas Stanford memelopori teknologi fotokromik, dengan fokus pada peningkatan frekuensi, yang mengubah dua foton berenergi rendah menjadi satu foton berenergi tinggi. Dengan menggunakan metode pemusnahan triplet-triplet dan memanfaatkan sifat sensitisasi triplet dari logam berat seperti paladium, iridium, atau platinum, bersama dengan bahan-bahan yang dapat dirangsang seperti rubrene, tim telah berhasil mencapai emisi foton berenergi tinggi yang efisien.

Proses ini mengubah panjang gelombang cahaya menjadi panjang gelombang yang dapat diserap oleh sel surya silikon, yang pada dasarnya mengubah warna cahaya (teknologi pengubah warna). Teknik ini telah diterapkan untuk meningkatkan efisiensi energi surya, yang berpotensi meningkatkannya sebesar 15-20%.

Selain itu, eksperimen penelitian telah menunjukkan kemampuan pencetakan 3D dengan teknologi upconversion, yang memungkinkan proses pengawetan resin secara tepat pada titik tertentu menggunakan laser berdaya rendah. Hal ini memberikan kemungkinan baru untuk manufaktur aditif. Laser berdaya rendah ini dapat dengan cepat mencetak objek pada skala nano secara paralel, mengatasi keterbatasan presisi pencetakan saat ini.

Teknologi transformatif ini tidak hanya menjawab tantangan dalam energi surya dan pencetakan 3D, namun juga menjanjikan untuk berbagai aplikasi, termasuk pencitraan jaringan dalam, optogenetika, sistem penglihatan malam, dan solusi anti-pemalsuan. Para peneliti telah mengeksplorasi penerapan teknologi peningkatan frekuensi cahaya inframerah-dekat untuk pencitraan jaringan dalam, optogenetika, dan aplikasi reaksi kimia lokal dalam jaringan hidup.

Pekerjaan Congreve Lab menunjukkan potensi yang beragam dan transformatif dari teknologi peningkatan frekuensi di berbagai industri, dan ini hanya menandai awal dari potensi penerapannya.

7. Akselerator Elektron Skala Chip

Fisikawan di Universitas Erlangen-Nuremberg telah membuat kemajuan signifikan dalam akselerator elektron berukuran chip. Tim membuat akselerator pada sebuah chip menggunakan bahan dielektrik, menciptakan saluran selebar 225 nanometer dan panjang 0.5 milimeter. Dengan menggunakan pulsa laser inframerah dengan waktu yang tepat dan 733 pilar silikon, masing-masing setinggi 2 mikrometer, mereka mampu meningkatkan energi elektron sebesar 43%.

Hal ini merupakan lompatan maju yang signifikan dalam bidang fisika akselerator. Akselerator elektron nano-fotonik dapat dibuat menggunakan teknik ruang bersih standar, seperti litografi berkas elektron. Para peneliti bertujuan untuk mengembangkan akselerator kompak untuk mengeksplorasi aplikasi sumber cahaya sinkrotron, laser elektron bebas, dan pencarian materi gelap ringan.

8. Bahan Baru Untuk Semikonduktor Berkecepatan Tinggi

Para ilmuwan telah menemukan apa yang diklaim sebagai bahan semikonduktor tercepat dan efisien hingga saat ini, Re6Se8Cl2. Bahan ini terdiri dari renium, selenium, dan klorin, membentuk gugus yang dikenal sebagai “superatom.” Superatom ini menciptakan struktur unik di mana rangsangan terikat (pasangan lubang elektron) berinteraksi dengan fonon daripada keadaan hamburan, menghasilkan kuasipartikel baru yang disebut polaron rangsangan akustik.

Berikut adalah beberapa karakteristik utama semikonduktor super baru ini:

★ Re6Se8Cl2 menunjukkan gerakan eksiton balistik suhu ruangan yang berkelanjutan, dengan kecepatan pergerakan polaron eksitasi akustik dua kali lipat kecepatan elektron dalam silikon.

★ Tidak seperti semikonduktor tradisional di mana elektron tersebar dalam jarak pendek, polaron eksiton di Re6Se8Cl2 melintasi beberapa mikrometer dalam nanodetik, menunjukkan kinerja kecepatan yang luar biasa.

★ Semikonduktor ini beroperasi berdasarkan kontrol cahaya, bukan arus listrik, sehingga mencapai kecepatan pemrosesan dalam rentang femtodetik, yang jauh lebih cepat dibandingkan perangkat elektronik dengan rentang gigahertz yang tersedia saat ini.

★ Re6Se8Cl2 adalah material van der Waals dan bagian dari keluarga semikonduktor superatomik. Namun, renium merupakan unsur langka, sehingga peneliti mencari bahan alternatif dengan sifat serupa.

★ Polaron eksiton akustik menawarkan metode baru untuk mencapai transfer energi jangka panjang pada material nonkonvensional, sehingga memperluas penerapannya di luar penggunaan semikonduktor tradisional.

★ Memanfaatkan rangsangan sebagai pengganti elektron dapat berfungsi sebagai fotodetektor yang efisien atau digunakan dalam komputasi untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja energi. Perangkat potensial termasuk “transistor balistik.”

Para peneliti menekankan bahwa walaupun eksiton membawa informasi dan energi seperti elektron, mereka mungkin tidak secara langsung kompatibel dengan perangkat keras industri semikonduktor saat ini. Temuan ini membuka jalan baru untuk merancang perangkat semikonduktor canggih dengan fungsi unik.

Ada banyak konsep baru di sini, jadi mari tambahkan beberapa penjelasan:

Kegembiraan

Sebuah eksiton adalah kuasipartikel yang digunakan dalam fisika benda padat untuk mendeskripsikan sistem di mana elektron dan lubang (kekosongan bermuatan positif) berinteraksi melalui gaya Coulomb dalam bahan kristal.

telepon

Fonon adalah satuan getaran kisi yang terkuantisasi, mewakili kuantum energi terkecil yang terkait dengan mode getaran normal dalam kisi kristal, seperti yang dijelaskan dalam mekanika kuantum.

Superatom

Superatom adalah unit struktural stabil yang terdiri dari beberapa atom yang menunjukkan sifat serupa dengan atom tunggal. Sifat fisik dan kimianya bervariasi menurut jumlah atom penyusunnya, strukturnya, dan komposisinya.

Partikel kuasi

Kuasipartikel adalah keadaan mirip partikel baru yang terbentuk sementara dalam kondisi tertentu akibat interaksi, menunjukkan sifat kolektif yang berbeda dari partikel fundamental biasa. Misalnya, dalam superkonduktor, interaksi antara elektron dan fonon dapat membentuk pasangan Cooper, yang merupakan boson bermuatan yang bertindak serupa dengan elektron konvensional dalam superkonduktor. Dengan demikian, pasangan Cooper dapat dianggap sebagai partikel kuasi.

9.Masalah Keberlanjutan dalam Semikonduktor: Gallium Nitrida vs. Silikon Karbida

Karena keunggulan semikonduktor Gallium Nitrida (GaN) dan Silicon Carbide (SiC) dibandingkan teknologi silikon tradisional, bidang elektronika daya sedang mengalami transformasi yang signifikan. Sekitar tahun 2001, semikonduktor gabungan berbasis GaN memicu perubahan revolusioner dalam industri pencahayaan, dengan cepat menguasai lebih dari 50% pasar pencahayaan LED berbasis GaN global. Pergeseran ini tidak hanya mengurangi konsumsi listrik penerangan sebesar 30% hingga 40% namun juga meletakkan dasar bagi perubahan revolusioner yang lebih luas dalam elektronika daya. GaN dan SiC berkontribusi signifikan terhadap penggantian silikon dalam aplikasi elektronika daya penting dengan efisiensi dan fungsionalitasnya yang unggul. Bahan-bahan ini mengurangi pemborosan energi dan memberikan manfaat besar bagi lingkungan.

Kemajuan teknologi baru ini, selain membentuk industri semikonduktor, juga menyoroti lintasan perkembangannya di tahun-tahun mendatang. Ketika batas-batas teknologi terus didorong, satu-satunya hal yang konstan adalah inovasi tanpa henti.