Peneliti dari Peking University dan Chinese Academy of Sciences telah menciptakan transistor ferroelectric terkecil di dunia dengan panjang gerbang hanya 1 nanometer. Alat ini beroperasi dengan tegangan rendah sebesar 0,6 volt, mengatasi masalah konsumsi daya yang menjadi kendala utama di industri semikonduktor.
Transistor terbaru ini memungkinkan perangkat logika modern berfungsi efisien pada tegangan yang lebih rendah dibandingkan dengan teknologi sebelumnya. Secara konvensional, chip logika bekerja optimal di sekitar 0,7 volt, sementara memori non-volatile seperti NAND flash membutuhkan tegangan hingga 5 volt untuk menulis data.
Masalah Tegangan Tinggi pada Memori Non-Volatile
Memori NAND flash yang umum digunakan memerlukan tegangan tinggi untuk operasi penulisan, sehingga menggandakan kompleksitas desain sirkuit. Dalam banyak chip kecerdasan buatan (AI), hingga 60-90% konsumsi daya dialokasikan untuk transfer data, bukan untuk proses komputasi itu sendiri. Hal ini menyebabkan pemborosan energi dan menghambat kecepatan operasional.
Teknologi ferroelectric field-effect transistor (FeFET) sebelumnya masih memerlukan tegangan lebih dari 1,5 volt untuk beroperasi. Kondisi ini mengharuskan penggunaan sirkuit step-up atau charge pump yang mengambil ruang dan energi tambahan dalam perangkat.
Inovasi dengan Carbon Nanotube sebagai Elektrode Gerbang
Tim riset yang dipimpin oleh Qiu Chenguang dan Peng Lianmao menggunakan tabung karbon nanotube logam berlapis tunggal sebagai elektrode pada gerbang transistor. Struktur nanotip ini mengonsentrasikan medan listrik secara efisien untuk meningkatkan interaksi antara lapisan ferroelectric dan kanal transistor.
Pendekatan tersebut memungkinkan transistor beroperasi dengan tegangan hanya 0,6 volt, lebih rendah dari tegangan standar di perangkat logika. Selain itu, desain ini menjaga stabilitas transistor dari efek saluran pendek yang biasa terjadi pada pengurangan dimensi perangkat semikonduktor.
Performa Memori yang Superior
Transistor dengan bahan molybdenum disulfide (MoS_2) dalam FeFET ini menunjukkan performa memory sangat baik. Rasio arus aktif dan non-aktif mencapai 2 juta kali lipat, serta kecepatan pemrograman hingga 1,6 nanodetik. Hal ini mendukung pengolahan data yang sangat cepat dan efisien.
Dengan kemampuan menyamakan tegangan operasional antara unit memori dan logika, teknologi ini menghilangkan kebutuhan sirkuit tambahan untuk menaikkan tegangan daya. Ini membuka jalan bagi interaksi data berkecepatan tinggi dalam perangkat modern.
Relevansi untuk Industri dan Aplikasi Masa Depan
Menurut para peneliti, prinsip dasar teknologi ini dapat diterapkan pada material ferroelectric utama lainnya. Proses produksinya juga kompatibel dengan metode manufaktur industri standar saat ini. Dengan demikian, hasil penelitian ini sangat memungkinkan untuk diintegrasikan ke dalam berbagai produk elektronik.
Potensi aplikasi teknologi ini sangat luas, terutama pada bidang inferensi model besar, kecerdasan buatan di tepi jaringan (edge intelligence), dan perangkat wearable. Di semua bidang tersebut, efisiensi energi merupakan faktor kritis yang menentukan daya tahan dan performa alat.
Ringkasan Keunggulan Utama Transistor Ferroelectric 1 Nanometer
- Gerbang transistor berukuran 1 nanometer, terkecil di dunia saat ini.
- Tegangan operasional rendah hanya 0,6 volt, mengurangi konsumsi daya.
- Rasio arus aktif-nonaktif mencapai 2 juta kali lipat, sangat tinggi.
- Kecepatan pemrograman responsif, 1,6 nanodetik.
- Menghilangkan kebutuhan sirkuit pendukung tambahan.
- Kompatibel dengan proses manufaktur industri standar.
Kemampuan memangkas tegangan operasional sekaligus mempertahankan performa tinggi membawa dampak strategis bagi kemajuan teknologi komputer dan perangkat elektronik cerdas. Penemuan ini membuka peluang pengembangan chip yang lebih hemat energi dan cepat, vital bagi segala jenis sistem komputasi masa depan.
Source: www.notebookcheck.net
