Mengapa ini penting: Transistor silikon memang bagus, tetapi sama seperti benda lain di dunia fisik, transistor ini dibatasi oleh beberapa keterbatasan. Hukum fisika menghambat kinerja dan efisiensi energi. Kini, sekelompok insinyur MIT mungkin telah menemukan cara untuk melampaui batasan tersebut dengan menggunakan desain transistor baru yang radikal yang berperilaku kuantum liar.
Masalah yang mereka atasi adalah apa yang dikenal sebagai “tirani Boltzmann.” Ini mengacu pada batas mendasar tentang seberapa kecil tegangan yang diperlukan untuk menghidupkan dan mematikan transistor silikon pada suhu kamar, di mana jika Anda menurunkan tegangan terlalu jauh, transistor kehilangan kemampuan peralihannya. Batas tegangan ini mencegah peningkatan besar dalam efisiensi energi untuk perangkat elektronik, yang dapat menjadi masalah karena aplikasi AI yang haus daya mengambil alih lebih banyak tugas pemrosesan.
Tim MIT membuat transistor eksperimental dari bahan semikonduktor unik seperti galium antimonida dan indium arsenida, bukan silikon tradisional. Penelitian ini sebagian didanai oleh Intel Corporation dan diterbitkan baru-baru ini di Nature Electronics.
Namun, keajaiban sebenarnya ada pada desain 3D kecilnya yang unik, yang dirancang dengan alat presisi di MIT.nano, fasilitas khusus universitas untuk penelitian skala nano. Transistor ini memiliki struktur heterostruktur kawat nano vertikal dengan diameter sangat kecil hanya 6 nanometer, yang diyakini para peneliti sebagai transistor 3D terkecil yang pernah dilaporkan.
Pada skala tersebut, beberapa efek kuantum ikut berperan yang memungkinkan transistor melewati batas fisik silikon. Para ilmuwan merancang transistor untuk mencapai terowongan kuantum, di mana elektron pada dasarnya dapat berteleportasi melintasi lapisan penghalang isolasi daripada melewatinya, sehingga membiarkan transistor menyala dengan tegangan yang jauh lebih kecil. Efek lainnya adalah pengurungan kuantum, di mana dimensi sempit kawat nano mengubah sifat material.
Menggabungkan efek-efek tersebut memungkinkan perangkat MIT melakukan sesuatu yang tidak dapat dicapai oleh silikon: waktu peralihan yang sangat cepat dengan menggunakan voltase yang sangat kecil. Pengujian menunjukkan kemiringan tegangan switching lebih curam dibandingkan batas silikon konvensional. Faktanya, kinerja saat ini sekitar 20 kali lebih baik dibandingkan transistor terowongan eksperimental lainnya.
“Ini adalah teknologi yang berpotensi menggantikan silikon, sehingga Anda dapat menggunakannya dengan semua fungsi yang dimiliki silikon saat ini, namun dengan efisiensi energi yang jauh lebih baik,” kata penulis utama Yanjie Shao, seorang postdoc pada proyek tersebut.
Tentu saja, perjalanan dari pembuktian konsep hingga komersialisasi masih panjang, dan tim mengakui hal ini.
“Dengan fisika konvensional, hanya ada sejauh ini yang bisa Anda capai. Hasil kerja Yanjie menunjukkan bahwa kita bisa melakukan lebih baik dari itu, namun kita harus menggunakan fisika yang berbeda. Ada banyak tantangan yang harus diatasi agar pendekatan ini menjadi komersial di dunia. masa depan, namun secara konseptual, ini benar-benar sebuah terobosan,” kata penulis senior makalah tersebut, Jesús del Alamo dari Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer MIT.
Tim juga mencatat bahwa mereka perlu menyempurnakan manufaktur untuk membuat transistor skala nano lebih seragam di seluruh chip.
Ini bukan pertama kalinya MIT berupaya mengatasi batasan Hukum Moore. Awal tahun ini, para ilmuwan MIT memamerkan transistor dengan kemampuan beralih dalam nanodetik, yang memiliki daya tahan miliaran siklus.
