Membuka Desain Chip Fleksibel Melalui Film Elektronik Tipis
INSIDER Elektronik &Sensor
Kelompok ini mengembangkan chip 6502 pada wafer (kanan) dan pada piring (tengah). (Gambar:© KU Leuven-imec)
Semikonduktor silikon telah menjadi 'minyak' era komputer, seperti yang baru-baru ini ditunjukkan oleh krisis kekurangan chip. Namun, salah satu kelemahan chip silikon konvensional adalah tidak fleksibel secara mekanis. Di sisi lain, Anda memiliki bidang elektronik fleksibel, yang digerakkan oleh teknologi semikonduktor alternatif:transistor film tipis (TFT). Aplikasi yang dapat digunakan TFT sangat banyak:mulai dari patch layanan kesehatan yang dapat dipakai dan neuroprobe melalui mikrofluida digital dan antarmuka robotik hingga layar yang dapat ditekuk dan elektronik Internet of Things (IoT).
Teknologi TFT telah berkembang dengan baik, namun tidak seperti teknologi semikonduktor konvensional, potensi penggunaannya dalam berbagai aplikasi hampir tidak dimanfaatkan. Faktanya, TFT saat ini sebagian besar diproduksi secara massal dengan tujuan untuk mengintegrasikannya ke dalam layar ponsel pintar, laptop, dan smart TV — yang mana TFT digunakan untuk mengontrol piksel satu per satu. Hal ini membatasi kebebasan perancang chip yang bermimpi menggunakan TFT dalam microchip fleksibel untuk menghasilkan aplikasi inovatif berbasis TFT. “Bidang ini bisa mendapatkan keuntungan besar dari model bisnis pengecoran yang mirip dengan industri chip konvensional”, kata Kris Myny, profesor di unit Teknologi, Sistem dan Keamanan Berkembang KU Leuven di Diepenbeek, dan profesor tamu di Interuniversity Microelectronics Center (imec).
Inti dari pasar microchip di seluruh dunia adalah apa yang disebut model pengecoran. Dalam model bisnis ini, pabrik fabrikasi semikonduktor besar (pengecoran) fokus pada produksi massal chip pada wafer silikon. Ini kemudian digunakan oleh klien pengecoran – perusahaan yang merancang dan memesan chip – untuk mengintegrasikannya dalam aplikasi tertentu. Berkat model bisnis ini, perusahaan-perusahaan ini memiliki akses ke manufaktur semikonduktor yang kompleks untuk merancang chip yang mereka butuhkan.
Kelompok Myny telah menunjukkan bahwa model bisnis seperti itu juga dapat diterapkan di bidang elektronik film tipis. Mereka merancang mikroprosesor berbasis TFT tertentu, dan memproduksinya di dua pabrik pengecoran, setelah itu mereka berhasil mengujinya di laboratorium. Chip yang sama diproduksi dalam dua versi, berdasarkan dua teknologi TFT terpisah (menggunakan substrat berbeda) yang keduanya merupakan teknologi mainstream. Makalah penelitian mereka dipublikasikan di Nature .
Mikroprosesor yang dibuat Myny dan rekan-rekannya adalah MOS 6502 yang ikonik. Saat ini chip ini adalah 'bagian museum', tetapi pada tahun 70an chip ini menjadi driver komputer pertama Apple, Commodore, dan Nintendo. Kelompok ini mengembangkan chip 6502 pada wafer (menggunakan indium-gallium-seng-oksida amorf) dan pada pelat (menggunakan silikon polikristalin suhu rendah). Dalam kedua kasus tersebut, chip diproduksi pada substrat bersama dengan chip lainnya (proyek). Pendekatan multi-proyek ini memungkinkan pabrik pengecoran memproduksi chip yang berbeda sesuai permintaan dari desainer pada satu substrat.
Chip yang dibuat oleh kelompok Myny tebalnya kurang dari 30 mikrometer, kurang dari sehelai rambut manusia. Hal ini membuatnya ideal untuk, misalnya, aplikasi medis seperti patch yang dapat dipakai. Perangkat wearable ultra tipis tersebut dapat digunakan untuk membuat elektrokardiogram atau elektromiogram, untuk mempelajari kondisi jantung dan otot. Tambalan tersebut akan terasa seperti stiker, sedangkan tambalan dengan chip berbasis silikon selalu terasa menonjol.
Meskipun kinerja mikroprosesor 6502 tidak sebanding dengan mikroprosesor modern, penelitian ini menunjukkan bahwa chip fleksibel dapat dirancang dan diproduksi dengan pendekatan multi-proyek, serupa dengan yang terjadi di industri chip konvensional. Myny menyimpulkan:“Kami tidak akan bersaing dengan chip berbasis silikon, kami ingin merangsang dan mempercepat inovasi berdasarkan elektronik film tipis yang fleksibel.”
Sumber
