Penyelidik China dari Peking University dan Renmin University telah berjaya membangunkan kaedah untuk menghasilkan semikonduktor indium selenida berkualiti tinggi secara besar-besaran, yang digelar semikonduktor emas kerana ciri prestasi unggulnya. Kejayaan ini, yang diterbitkan dalam majalah Science , mewakili langkah penting ke arah mencipta cip yang boleh mengatasi teknologi berasaskan silikon semasa.
Pencapaian ini tertumpu pada penyelesaian cabaran pembuatan kritikal yang telah lama menghalang indium selenida daripada bergerak melampaui penyelidikan makmal. Pasukan penyelidik membangunkan teknik inovatif yang melibatkan pemanasan filem indium selenida amorfus dengan indium pepejal di bawah keadaan tertutup, mencipta antara muka cecair kaya indium yang menghasilkan kristal berkualiti tinggi dengan nisbah atom 1:1 yang tepat diperlukan untuk prestasi optimum.
Kos Bahan dan Ketersediaan:
- Harga indium: ~$390 USD/kg (gred komersial)
- Indium gred semikonduktor: kos 10x+ lebih tinggi
- Kelimpahan: Serupa dengan perak tetapi lebih tersebar
- Kebergantungan pengeluaran: Produk sampingan daripada perlombongan zink sahaja
- Saiz wafer yang dicapai: diameter 5cm
 |
|---|
| Gambar dekat wafer semikonduktor, menggambarkan kemajuan teknologi dalam pengeluaran semikonduktor |
Kelebihan Prestasi Berbanding Silikon
Indium selenida menunjukkan keunggulan yang luar biasa berbanding silikon dalam metrik prestasi utama. Bahan ini menawarkan mobiliti elektron 5-10 kali lebih tinggi, beroperasi pada tahap ketebalan atom, mempunyai jurang jalur yang boleh diselaraskan, mempamerkan kebocoran kuasa yang lebih rendah, dan membolehkan kelajuan pensuisan yang lebih pantas. Ciri-ciri ini menjadikannya sangat menarik untuk aplikasi berkelajuan tinggi dalam kecerdasan buatan, sistem pemanduan autonomi, dan peranti komunikasi canggih.
Pasukan penyelidik berjaya menghasilkan wafer berdiameter 5 sentimeter dan membina tatasusunan transistor berskala besar yang sesuai untuk integrasi langsung ke dalam peranti cip. Pencapaian ini menandakan kali pertama sesiapa berjaya mencipta wafer 2 inci indium selenida dengan ketumpatan kecacatan yang cukup rendah untuk aplikasi komersial.
Perbandingan Prestasi Indium Selenide berbanding Silicon:
- Mobiliti elektron: 5-10 kali ganda lebih tinggi daripada silicon
- Ketebalan: Keupayaan ketebalan pada tahap atom
- Jurang jalur: Boleh laras (berbanding tetap dalam silicon)
- Kebocoran kuasa: Lebih rendah daripada silicon
- Kelajuan pensuisan: Lebih pantas daripada silicon
Kebimbangan Kos dan Kekurangan
Walaupun terdapat kejayaan teknikal, cabaran ketara kekal berkenaan daya maju komersial. Kedua-dua indium dan selenium berada dalam kalangan unsur yang paling kurang melimpah di Bumi, dengan ketersediaan serupa dengan perak tetapi memerlukan proses pengekstrakan yang jauh lebih kompleks. Bahan-bahan ini sangat tersebar di alam semula jadi, menjadikan operasi perlombongan amat sukar dan mahal.
Pada masa ini, indium berharga kira-kira 390 dolar Amerika Syarikat sekilogram untuk bahan tulen komersial, tetapi ketulenan gred semikonduktor boleh meningkatkan harga sepuluh kali atau lebih. Rizab global yang terhad bermakna sebarang peningkatan ketara dalam permintaan akan mendorong harga naik dengan ketara, kerana pengeluaran indium bergantung sepenuhnya pada produk sampingan perlombongan zink.
Perlu diperhatikan bahawa ini adalah teknologi untuk menghasilkan bahan semikonduktor dengan prestasi yang sangat tinggi, tetapi juga dengan kos yang sangat tinggi, kos yang mustahil untuk dikurangkan, kerana kedua-dua indium dan selenium adalah antara unsur yang paling kurang melimpah di Bumi.
Aplikasi Sasaran:
- Peranti komunikasi frekuensi tinggi
- Sistem radar ketenteraan
- Peralatan pemprosesan AI
- Sistem pemanduan autonomi
- Instrumen saintifik khusus
- Tidak sesuai untuk: CPU pengguna, cip memori, semikonduktor kuasa
Skop Aplikasi Terhad
Kos tinggi dan kekurangan bahan ini berkemungkinan akan mengehadkan penggunaannya kepada aplikasi khusus bernilai tinggi dan bukannya elektronik pengguna pasaran besar-besaran. Pakar industri mencadangkan indium selenida akan menemui ceruknya dalam sistem radar ketenteraan, peralatan komunikasi frekuensi tinggi, dan instrumen saintifik khusus yang memerlukan keupayaan pemprosesan isyarat berkelajuan tinggi yang luar biasa.
Teknologi ini tidak mungkin menggantikan silikon dalam aplikasi arus perdana seperti pemproses komputer, cip memori, atau semikonduktor kuasa, di mana pertimbangan kos kekal utama. Sebaliknya, ia mewakili kemajuan untuk aplikasi premium di mana prestasi membenarkan harga premium.
Kejayaan ini membuka kemungkinan baharu untuk pembangunan semikonduktor generasi akan datang, walaupun laluan ke arah penggunaan meluas akan bergantung banyak pada mencari cara untuk menguruskan cabaran kos bahan yang wujud atau menemui aplikasi alternatif di mana faedah prestasi mengatasi kekangan ekonomi.
Rujukan: China develops new method to mass-produce high-quality semiconductors