Transistor Pertama Yang Terbuat Dari Tinta Kristal Nanometer

Transistor adalah bagian utama yang mendasar untuk membangun sebuah sirkuit elektronik. Transistor berkemampuan untuk mengubah tegangan listrik atau mengalihkan tegangan tersebut menjadi kombinasi antara 0 dan 1 untuk digunakan sebagai jantung perhitungan digital. Fabrikasi transistor adalah proses yang sangat kompleks dan memerlukan suhu tinggi serta kondisi vakum.

Sekarang, para peneliti asal University of Pennsylvania telah menunjukkan sebuah pendekatan baru untuk membuat perangkat ini dengan cara mendeposisi komponen-komponen elektronik dalam suatu tinta kristal nanometer cair. Penemuan seperti ini membuka pintu untuk menciptakan komponen listrik yang fleksibel atau untuk tujuan pembuatan aplikasi tertentu dengan proses yang membutuhkan suhu yang lebih rendah. Proses pembuatan tinta kristal nanometer cair pada suhu rendah ini, kompatibel digunakan bersama dengan beragam jenis bahan dan dapat diterapkan pada aplikasi dengan jangkauan are-area yang lebih besar. Para peneliti pada bidang kristal nanometer biasanya menciptakan transistor di atas plastik fleksibel menggunakan pelapis yang bentuknya memuntir, tapi akhirnya suatu saat akan bisa dibuat dengan menggunakan sistem manufaktur aditif, seperti menggunakan printer 3-D yang sedang booming saat ini misalnya.

Penelitian yang dipimpin oleh Cherie Kagan beranggotakan, Stephen J. Angello, seorang profesor di Sekolah Teknik dan Sains Terapan, Ji-Hyuk Choi, dan seorang anggota dari lab-nya yang sekarang menjadi peneliti senior di Korea Institute of Geoscience dan Sumber Daya Mineral. Han Wang, Soong Ju Oh, Taejong Paik dan Pil Sung Jo dari laboratorium Kagan turut berkontribusi juga dalam penelitian tersebut. Mereka berkolaborasi juga dengan Christopher Murray, seorang Profesor Pengetahuan Terintegrasi Penn dengan mengadakan pertemuan di Sekolah Seni Ilmu dan Teknik Penn. Kemudian setelah diadakan pertemuan tersebut, anggota lab dari Profesor Murray juga turut berpartisipasi yaitu Xingchen Ye, Benjamin Diroll, dan Jinwoo Sung dari Universitas Yonsei Korea.

Para peneliti tersebut memulai penelitian dengan menggunakan kristal nanometer atau partikel nanometer dengan struktur yang kasar dan bulat. Bahan tersebut berkaitan dengan kualitas tegangan listrik yang diperlukan untuk pembuatan transistor. Kemudian dilakukan penyebaran partikel-partikel ini dalam suatu cairan untuk membuat tinta kristal nanometer.

 photo DC4C6B35-4A53-4895-8C86-2BF9B181542B.jpg

Kelompok Kagan bertugas mengembangkan bahan untuk membuat tinta kristal nanometer yang membutuhkan bahan-bahan seperti konduktor (perak), isolator (aluminium oksida), semikonduktor (selenide kadmium) dan konduktor digabungkan dengan dopan (campuran perak dan indium). Dopan berfungsi sebagai pelapis semikonduktor transistor yang dilengkapi dengan pengontrol terhadap pengotor muatan sehingga perangkat dapat mentransmisikan muatan positif atau negatif dengan baik.

“Bahan-bahan yang digunakan tadi adalah golongan koloid seperti halnya tinta yang biasa digunakan di printer inkjet Anda,” kata Kagan. “Tetapi Anda bisa mendapatkan semua karakteristik yang Anda inginkan dan diharapkan dari bahan massal analog seperti bahan yang bersifat konduktor, semikonduktor atau isolator.

“Pertanyaan yang kami pikirkan adalah apakah mungkin bahan-bahan tersebut diletakkan dan disusun di atas permukaan sedemikian rupa yang sangat kecil untuk membentuk transistor fungsional?”

 photo 1D3AC97E-3D9E-4B55-A5E9-F1CC8FC1DBE3.jpg

Sifat listrik dari beberapa bahan tinta kristal nanometer ini telah diverifikasi secara independen (setiap bahan yang digunakan untuk pembuatan tinta sudah diketahui dapat menghantarkan listrik dengan baik), tetapi bahan-bahan tersebut tidak pernah digabungkan menjadi sebuah perangkat.

“Ini adalah pekerjaan yang baru pertama kali dilakukan,” ungkap Choi. “Menunjukkan bahwa semua komponen yang digunakan dapat dibuat dari kristal skala nanometer. Semua komponen yang dimaksudkan adalah logam, isolasi, dan lapisan semikonduktor transistor, dan bahkan doping semikonduktor.”

 photo 004E36A5-EBA0-43F5-9C3B-A9107D582338.jpg

Proses pembuatan transistor ini memerlukan pelapisan atau pencampuran semua komponen dalam pola yang tepat. Pertama, konduktif perak dari tinta kristal nanometer diendapkan dari cairan pada permukaan plastik fleksibel yang mana plastik fleksibel tersebut sudah mendapatkan perlakukan pelapisan photolithographic. Kemudian dengan cepat, konduktif perak tersebut diputar untuk dapat menariknya keluar dari lapisan tersebut. Lapisan itu kemudian dihapus untuk membuat konduktif perak dari tinta kristal nanometer membentuk elektroda dari transistor yang mana elektroda tersebut bentuknya seperti gerbang.

Para peneliti mengamati sepanjang lapisan tersebut dan dengan bersamaan memuntir lapisan aluminium oksida dari isolator kristal nanometer. Kemudian memuntir lapisan cadmium selenide berbasis semikonduktor kristal nanometer, dan akhirnya memuntir lapisan lain seperti indium/ campuran perak, yang membentuk sumber transistor dan elektroda. Setelah dipuntir dilakukan proses pemanasan pada suhu relatif rendah. Pada saat dipanaskan, dopan indium menyebar di seluruh elektroda dan menuju ke dalam komponen semikonduktor.

“Cara agar proses tersebut bekerja dengan baik adalah Anda harus memastikan bahwa ketika Anda menambahkan lapisan kedua, lapisan kedua tersebut tidak menyelubungi lapisan pertama, dan sebagainya,” kata Kagan. “Kami harus memberikan perlakukan terhadap permukaan kristal skala nanometer, baik ketika mereka pertama kali saat berada dalam larutan dan setelah mereka disimpan, untuk memastikan bahwa mereka memiliki sifat listrik yang tepat dan bahwa mereka tetap bersama-sama dalam konfigurasi yang kita inginkan.”

Keseluruhan proses fabrikasi ini bekerja pada suhu yang lebih rendah dari metode berbasis vakum lainnya yang pernah ada, sehingga para peneliti mampu membuat beberapa transistor pada plastik fleksibel yang sama dan waktu yang bersamaan. Sedangkan pada metode berbasis vakum yang lama, proses pembuatan transistor membutuhkan suhu yang tinggi, sehingga pembuatan transistor tidak dapat dilakukan pada plastik fleksibel yang sama dalam waktu yang bersamaan.

“Kami belum mengembangkan semua aspek yang diperlukan sehingga mereka bisa dicetak dengan menggunakan printer 3-D, tapi karena bahan ini semua berbasis cair, sangat memungkinkan untuk dilakukan proses produksi skala manufaktur aditif di kemudian hari,” tambah Kagan.

Credit: Physics World, Kurzweilai, News Upenn.

Post Author: Novia Fitriana

Science is my passion...

Leave a Reply