Silikon sedang sekarat.
Tidak hari ini. Bukan besok. Tapi fisika kehabisan ruang. Kami telah mengemas miliaran transistor ke dalam prosesor modern, menekan elemen tersebut hingga tidak mau menyusut lebih jauh. Jika kita menginginkan komputer yang lebih cepat, kita tidak bisa terus menerus membuat versi lebih kecil dari apa yang sudah kita miliki.
Para ilmuwan sedang mengamati molibdenum disulumida (MoS2).
Ini adalah bagian dari keluarga logam transisi dikalkogenida (TMD). Tipis secara atom. Tingginya hanya tiga atom: molibdenum diapit di antara lapisan belerang. Menjanjikan? Sangat. Masalahnya bukan pada materi itu sendiri. Ini memasukkan barang-barang ke dalam chip tanpa merusaknya.
Operasinya terlalu tepat
Produsen perlu menghilangkan lapisan belerang bagian atas. Biarkan molibdenumnya saja. Ini pekerjaan yang rumit.
Saat ini, mereka menggunakan plasma. Partikel berenergi tinggi. Keadaan materi sama seperti matahari, bidang yang telah dipelajari oleh Laboratorium Fisika Plasma Plasma Princeton (PPPL) DOE selama 75 tahun. Ketika ion plasma tersebut mengenai permukaan TMD, mereka melepaskan atom belerang.
Tapi fisika berantakan.
Hampir tidak ada batas kesalahan antara “belerang rontok” dan “molibdenum hancur”. Memukulnya terlalu keras? Wafer yang hancur. Terlalu lembut? Tidak ada yang terjadi. Karena ambang batas energi saling tumpang tindih, produksi yang konsisten menjadi sebuah mimpi buruk.
Yury Polyachenko dan timnya menemukan kode cheat.
Mereka melapisi bahan tersebut dengan oksigen atau fluor sebelum memukulnya dengan plasma. Simulasi komputer, yang diterbitkan dalam The Journal of Physical Chemistry Letters, menunjukkan energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan tetesan belerang secara drastis. Dari sekitar 30 elektron volt hingga 14 eV dengan oksigen. Bahkan lebih rendah lagi—sekitar 10 eV —dengan fluor.
Mengapa itu penting?
Plasma tidak seragam. Ion membawa tingkat energi yang bervariasi. Pada material yang tidak diolah, variasi tersebut berarti kerusakan tambahan yang tidak dapat dihindari. Dengan menurunkan ambang batas penghapusan, kesenjangan semakin lebar. Anda dapat mengupas lapisan atas dengan lembut. Sisanya tetap di tempatnya.
“Kami tidak secara langsung memutus ikatan ini… Kami membentuk beberapa produk antara, seperti sulfur dioksida. Produk antara ini jauh lebih mudah untuk diputus.”
Membiarkan ilmu kimia membantu menghemat perangkat keras. Ketika ion menumbuk permukaan yang dilapisi oksigen, oksigen menangkap atom belerang. Mereka berikatan membentuk sulfur dioksida —gas stabil yang melayang dengan sendirinya. Fluor menciptakan senyawa volatil serupa. Ini mengubah serangan fisik yang tumpul menjadi reaksi kimia yang ditargetkan.
Apakah dapat diskalakan?
Polyachenko, penulis utama studi tersebut dan seorang mahasiswa pascasarjana Princeton, berhati-hati dalam menyatakan kemenangan terlalu cepat.
Saat ini, kami mengetahui jika proses tersebut menyebabkan kerusakan. Selanjutnya: mengukur berapa banyak kerusakan yang terjadi dalam kondisi berbeda. Ujian sesungguhnya akan datang ketika mereka menukar elemen. Ganti molibdenum dengan tungsten. Belerang dengan selenium. Lihat apakah trik oksigen/fluor ini berhasil di seluruh keluarga TMD.
Penelitian ini mendapat dukungan dari Departemen Energi dan berbagai pusat federal. Simulasi dijalankan di cluster Pusat Komputasi Ilmiah Penelitian Energi Nasional (NERSC) dan Universitas Princeton.
Jika hal ini bertahan, penghalang silikon akan runtuh.
Mungkin tidak secara instan. Keripik adalah binatang yang rumit. Namun untuk sesaat, masa depan tidak tampak seperti jalan buntu, melainkan lebih seperti sebuah pintu sempit. Tebal satu lapisan atom.
Apakah menurut Anda TMD akan menggantikan silikon?
Mungkin.
Tapi tidak sebelum kita memecahkan beberapa wafer lagi terlebih dahulu.
