Terobosan dalam Elektronik Rakitan Sendiri:Peneliti Memamerkan Fabrikasi Perangkat Baru
INSIDER Elektronik &Sensor
Pola fabrikasi D-Met menghasilkan komponen untuk penggunaan potensial dalam sistem mikroelektromekanis (MEMS). (Gambar:Julia Chang)
Para peneliti telah mendemonstrasikan teknik baru untuk merakit sendiri perangkat elektronik. Karya pembuktian konsep ini digunakan untuk membuat dioda dan transistor serta membuka jalan bagi perakitan mandiri perangkat elektronik yang lebih kompleks tanpa bergantung pada teknik pembuatan chip komputer yang sudah ada.
“Teknik pembuatan chip yang ada saat ini melibatkan banyak langkah dan bergantung pada teknologi yang sangat kompleks, menjadikan prosesnya mahal dan memakan waktu,” kata Martin Thuo, penulis makalah mengenai pekerjaan tersebut dan seorang profesor ilmu dan teknik material di North Carolina State University. "Pendekatan perakitan mandiri kami jauh lebih cepat dan lebih murah. Kami juga telah menunjukkan bahwa kami dapat menggunakan proses ini untuk menyesuaikan celah pita pada bahan semikonduktor dan membuat bahan tersebut responsif terhadap cahaya — yang berarti teknik ini dapat digunakan untuk membuat perangkat optoelektronik.
“Terlebih lagi, teknik manufaktur yang ada saat ini mempunyai hasil yang rendah, yang berarti mereka menghasilkan sejumlah besar chip rusak yang tidak dapat digunakan. Pendekatan kami adalah hasil yang tinggi — artinya Anda mendapatkan produksi susunan yang lebih konsisten dan lebih sedikit limbah.”
Thuo menyebut teknik perakitan mandiri yang baru ini sebagai reaksi ligan logam terarah (D-Met). Anda mulai dengan partikel logam cair. Untuk pembuktian konsep mereka, para peneliti menggunakan logam Field, yang merupakan paduan indium, bismut, dan timah. Partikel logam cair ditempatkan di sebelah cetakan, yang dapat dibuat dengan ukuran atau pola apa pun. Suatu larutan kemudian dituangkan ke logam cair. Larutannya mengandung molekul yang disebut ligan yang terdiri dari karbon dan oksigen. Ligan ini mengumpulkan ion dari permukaan logam cair dan menahan ion tersebut dalam pola geometris tertentu. Larutan mengalir melintasi partikel logam cair dan ditarik ke dalam cetakan.
Saat larutan mengalir ke dalam cetakan, ligan yang mengandung ion mulai berkumpul menjadi struktur tiga dimensi yang lebih kompleks. Sementara itu, bagian cair dari larutan mulai menguap, yang berfungsi untuk menyatukan struktur kompleks menjadi satu kesatuan.
“Tanpa jamur, struktur ini dapat membentuk pola yang kacau,” kata Thuo. “Tetapi karena solusinya dibatasi oleh cetakan, strukturnya terbentuk dalam susunan simetris yang dapat diprediksi.”
Setelah struktur mencapai ukuran yang diinginkan, cetakan dikeluarkan, dan susunannya dipanaskan. Panas ini memecah ligan, melepaskan atom karbon dan oksigen. Ion logam berinteraksi dengan oksigen membentuk oksida logam semikonduktor, sedangkan atom karbon membentuk lembaran graphene. Bahan-bahan ini berkumpul menjadi struktur tertata rapi yang terdiri dari molekul oksida logam semikonduktor yang dibungkus lembaran graphene. Para peneliti menggunakan teknik ini untuk membuat transistor dan dioda berskala nano dan mikro.
“Lembaran graphene dapat digunakan untuk menyesuaikan celah pita semikonduktor, membuat semikonduktor lebih atau kurang responsif, tergantung pada kualitas graphene,” kata Julia Chang, penulis pertama makalah dan peneliti pascadoktoral di NC State. Selain itu, karena para peneliti menggunakan bismut dalam pekerjaan pembuktian konsep, mereka mampu membuat struktur yang responsif terhadap foto. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk memanipulasi sifat semikonduktor menggunakan cahaya.
“Sifat teknik D-Met berarti Anda dapat membuat bahan-bahan ini dalam skala besar – Anda hanya dibatasi oleh ukuran cetakan yang Anda gunakan,” kata Thuo. “Anda juga dapat mengontrol struktur semikonduktor dengan memanipulasi jenis cairan yang digunakan dalam larutan, dimensi cetakan, dan laju penguapan larutan.
“Singkatnya, kami telah menunjukkan bahwa kami dapat merakit sendiri material elektronik yang sangat terstruktur dan dapat disesuaikan untuk digunakan pada perangkat elektronik yang fungsional,” kata Thuo. "Pekerjaan ini mendemonstrasikan pembuatan transistor dan dioda. Langkah selanjutnya adalah menggunakan teknik ini untuk membuat perangkat yang lebih kompleks, seperti chip tiga dimensi."
Sumber
