08 Januari 2015

Siapa Pelopor Kemajuan Teknologi Informasi?

Ads by Google

Sumber Ilustrasi: http://nobelprize.org
TI, teknologi informasi, yang terdiri atas teknologi komputer, dan teknologi komunikasi dalam beberapa dekade terakhir ini telah mengubah masyarakat kita secara radikal. Di balik kemajuan ini tak lain adalah perkembangan teknik dan sains tingkat tinggi yang asal mulanya adalah penemuan fundamental dalam bidang fisika.

Pesatnya perkembangan teknologi komputer elektronik sebenarnya telah dimulai sejak penemuan rangkaian terintegrasi (IC) sekitar tahun 1960 dan penemuan mikroprosesor pada tahun 1970an. Saat itu jumlah komponen yang dapat dipasang pada sebuah chip mencapai jumlah yang cukup banyak sehingga memungkinkan untuk membuat sebuah komputer mikro yang lengkap. Peningkatan jumlah komponen yang dapat dipasang pada sebuah chip memenuhi prediksi Moore yang disebut hukum Moore. Gordon Moore, seorang pioner di Lembah Silikon, merumuskan hukum empiris yang mengatakan bahwa kinerja sebuah IC, termasuk jumlah komponen yang terdapat di dalamnya, akan akan mengalami peningkatan dua kali lipat dari jumlah semual tiap kurun waktu 18-24 bulan dengan harga yang relatif tetap. Hal ini telah terjadi sejak tahun 1960-an dan dewasa ini kita dapat menemukan chip dengan ribuan komponen terpisah di dalamnya.

Perkembangan chip telah disesuaikan dengan dinamika perkembangan teknologi dan komunikasi. Jika dulunya rangkaian terintegrasi (IC) merupakan penggerak teknologi komputer elektronik, maka sekarang ini transistor dengan kecepatan yang sangat tinggi (ultra-rapid transistor) dan laser semikonduktor yang cara kerjanya berdasarkan pada semikonduktor berstruktur heterogen memainkan peran yang sangat penting dalam telekomunikasi modern.

Komponen-komponen listrik umumnya terbuat dari bahan semikonduktor, yaitu material yang memiliki sifat antara sifat konduktor dan sifat isolator. Apakah sebuah semikonduktor lebih menyerupai konduktor atau sebuah isolator ditentukan oleh band-gap-nya (celah pita) yaitu jumlah energi yang diperlukan untuk menghasilkan pembawa muatan yang bergerak: elektron atau hole.

Umumnya komponen-komponen semikonduktor terbuat dari bahan silikon, tetapi semikonduktor komposit jenis galium arsenida sedang mengalami pertumbuhan. Sebuah semikonduktor yang terdiri atas beberapa lapisan yang tipis degan celah pita yang berbeda-beda disebut semikonduktor struktur heterogen (heterostructured semiconductor). Lapisan penyusun semikonduktor jenis ini bervariasi mula dari ketebalan beberapa lapisan atom hingga berukuran mikrometer. Pun, lapisan ini dapat mengandung galium arsenida (GaAs) dan aluminium galium arsenida (AlGaAs). Lapisan-lapisan ini biasanya dipilih sedemikian rupa sehingga struktur kristalnya saling cocok satu sama lain dan muatan pembawanya dapat bergerak dengan bebas pada bagian antarmukanya (interface). Inilah sifat semikonduktor struktur heterogen yang dapat dieksploitasi dalam cara yang berbeda-beda.

Ads by Google
Struktur heterogen (heterostruktur) merupakan hal yang sangat penting dalam teknologi. Amplifier berfrekuensi tinggi dengan noise yang rendah yang digunakan dalam komunikasi satelit, amplfier yang digunakan untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap noise dalam telepon mobile memanfaatkan struktur heterogen. Laser semikonduktor yang didasarkan pada heterostruktur juga digunakan dalam komunikasi fiber optik, dalam penyimpanan data optik seperti alat pembaca pada CD player, pembaca kode batang dan laser di bidang perdagangan, dan lain sebagainya. Diode pemancar cahaya berbasis heterostruktur juga digunakan dalam lampu rem kendaraan dan pada lampu sinyal peringatan lainnya. Bahkan heterostruktur ini akan menggantikan lampu pijar sebagai alat penerang menerangi malam-malam kita (baca: nobel fisika 2014).

Heterostruktur juga memiliki nilai penting yang sangat tinggi dalam penelitian ilmiah. Karakteristik dari apa yang kita sebut sebagai gas elektron dua dimensi yang terbentuk dalam lapisan antarmuka antarsemikonduktor merupakan titik awal dari studi efek Hall terkuantitasi (Penghargaan nobel fisika 1985 kepada Klaus von Klitzing dan tahun 1988 kepada Robert B. Laughlin, Horst L. Stormer dan Daniel C. Tsui). Konduktansi yang terkuantitasi juga telah dipelajari pada terowongan satu dimensi dan titik persambungan, atom-atom artifisial dan molekul-molekul yang didasarkan pada dot kuantum (quantum dot) dengan jumlah elektron konduksi bebas yang terbatas yang terdapat dalam ruang yang sangat kecil, komponen-komponen dengan satu elektron, dan sebagainya.

Transistor Hetero 

Proposal pertama pembuatan transistor heterogen diterbitkan pada tahun 1957 oleh Herbert Kroemer, yang selanjutnya direalisasikan di RCA (Radio Corporation of America) di Princeton, USA. Hasil kerja teoritis yang dilakukannya menunjukkan bahwa sebuah transistor heterogen dapat menjadi sebuah transistor biasa yang bersifat superior, khususnya pada kemampuan amplifikasi (penguatan) arus dan serta dalam penerapan untuk frekuensi tinggi. Sebuah frekuensi sebesar 600 GHz telah terukur dalam sebuah heterotransistor. Nilai frekuensi ini kurang lebih 100 kali lebih besar dibandingkan frekuensi pada transistor biasa dengan kualitas yang paling baik. Di samping itu, noise yang dihasilkan transistor heterogen ini juga lebih rendah jika digunakan pada amplifier.

Laser heterostruktur 

Heterostruktur sangat penting dan krusial dalam pengembangan laser semikonduktor. Zhores I. Alferov dari Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences di Leningrad dan Herbert Kroemer di Varian Palo Alto, secara terpisah satu sama lain, mengajukan tentang prinsip laser struktur heterogen pada tahun 1963, sebuah temuan yang barangkali memiliki makna penting seperti halnya transistor heterogen. Alferov adalah orang pertama yang berhasil membuat kisi heterostruktur (AlGaAs/GaAs, pada tahun 1969) dengan batas antarlapisan yang bersih. Kelompok penelitian Alferov berhasil mengembangkan berbagai macam jenis komponen yang terbuat dari heterostruktur, termasuk alat laser injeksi yang dipatenkan olehnya pada tahun 1963. Sebuah terobosan teknologi kemudian terjadi di sekitar tahun 1970-an yaitu ketika laser heterostruktur dapat beroperasi secara terus menerus dalam temperatur ruang. Sifat ini memungkinkan pembuatan sistem komunikasi fiber optik.

Rangkaian Terintegrasi

Penemuan transistor sebelum hari natal di tahun 1947 biasanya dianggap sebagai titik mula pengembangan teknologi semikonduktor modern (Nobel fisika tahun 1956 kepada William B. Shockley, John Barden dan Walter H. Brattain). Dengan transistor tersebut, sebuah komponen yang dianggap cukup kecil, handal, dan mengonsumsi daya yang lebih rendah dibandingkan dengan tabung radio, menyebabkan tabung radio tersebut telah kehilangan nilai penting. Meningkatnya kompleksitas sebuah sistem yang menggunakan tabung radio dalam jumlah yang semakin banyak mengandung arti bahwa limit jumlah penerapan tabung radio pada sistem hanya sekitar seribuan tabung radio saja. Tetapi dengan menyolder transistor-transistor tunggal di atas sebuah papan rangkaian tercetak, pembatasan jumlah sistem oleh tabung radio tersebut dapat ditingkatkan sampai mencapai lebih dari sepuluh ribuan transistor.

Meskipun transistor memungkinkan peningkatan kompleksitas sebuah sistem dengan komponen-komponen tunggal yang dapat disolder bersama-sama, lama kelamaan tampak jelas pula bahwa jumlah transistor ini  menjadi faktor penghambat dalam memenuhi kebutuhan pertumbuhan industri komputer. Di awal tahun 1950-an muncul ide dan gagasan tentang produksi transistor, resistor, dan kondensator (kapasitor) dalam sebuah blok semikonduktor komposit, yaitu rangkaian terintegrasi (IC).

Dua insinyur inilah yang pertama kali mendemonstrasikan kemungkinan pembuatan rangkaian terintegrasi tersebut: Jack S. Kilby dan Robert Noyce. Keduanya bekerja secara terpisah satu sama lain. Namun demikian, Kilby adalah orang yang pertama yang mematenkan hal tersebut dan Noyce mengetahuinya justru pada saat dia sedang mengisi aplikasi permohonan patennya.

Rangkaian terintegrasi lebih masuk dalam kategori penemuan teknik dibandingkan sebuah penemuan dalam bidang fisika. Namun demikian, jelas bahwa penemuan ini mencakup banyak isu-isu fisika. Salah satu contohnya adalah bagaimana aluminium dan emas, yang merupakan bagian dari sebuah rangkaian terintegrasi memiliki perbedaan dalam hal pelekatannya dengan silikon. Pertanyaan lainnya adalah bagaimana dapat menghasilkan lapisan yang lebih padat dengan ketebalan yang hanya beberapa atom saja.

Dengan demikian jelas bahwa pengembangan rangkaian terintegrasi membutuhkan investasi yang besar dalam bidang penelitian dan pengembangan fisika zat padat. Hal ini tidak hanya memicu pengembangan teknologi semikonduktor tetapi juga pengembangan yang lebih pesat dari alat-alat dan instrumentasi. Minimalisasi ukuran secara terus menerus, telah datang dan menantang pemecahan masalah atas pembatasan jumlah fisik material serta masalah-masalah lain yang ditimbulkannya.

Begitulah gagasan rangkaian terintegrasi tersebut. Tetapi sepuluh tahun berlalu sejak penemuan transistor sebelum teknologi yang terlibat telah cukup matang untuk memungkinkan berbagai elemen untuk dapat diproduksi pada satu material dasar yang sama dalam satu keping. Penemuan tersebut adalah satu dari serangkaian penemuan-penemuan lainnya yang memungkinkan perkembangan yang luar biasa dari teknologi informasi sekarang ini. Rangkaian terintegrasi, setelah 55 tahun, masih dalam fase yang dinamis dalam pengembangannya dan belum ada tanda-tanda akan mengalami stagnasi.

(sumber: www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/popular.html)

0 komentar :

Posting Komentar