Germanium Terkompresi pada Silikon, Materi 1950-an Kunci Komputasi Modern
Para ilmuwan dari University of Warwick dan National Research Council of Canada telah mencapai tonggak sejarah baru dalam dunia elektronik. Mereka berhasil menciptakan dan mengukur mobilitas “hole” tertinggi yang pernah diamati pada material yang kompatibel dengan teknologi silikon standar. Kuncinya? Sebuah materi lawas yang kembali naik daun: Germanium Terkompresi pada Silikon.
Perangkat semikonduktor saat ini umumnya dibuat dari Silikon (Si). Namun, seiring komponen menjadi semakin kecil dan padat, mereka menghasilkan lebih banyak panas dan mulai mendekati batas kinerja fundamental. Inilah sebabnya mengapa Germanium (Ge), yang sempat muncul di transistor awal tahun 1950-an, kembali mendapatkan perhatian. Peneliti mencari cara untuk memanfaatkan kinerja elektroniknya yang lebih kuat sambil tetap mengandalkan metode manufaktur yang sudah mapan untuk silikon.
Terobosan Baru, Rekor Mobilitas Muatan
Menurut studi baru yang diterbitkan di Materials Today, kelompok riset yang dipimpin oleh Dr. Maksym Myronov dari Warwick telah mengambil langkah penting menuju sistem elektronik masa depan. Tim mengembangkan lapisan germanium setipis nanometer yang diberi regangan tekan (compressively strained) dan ditumbuhkan di atas silikon. Hasilnya adalah material yang memungkinkan muatan listrik bergerak lebih cepat dari sebelumnya, namun tetap kompatibel sepenuhnya dengan proses produksi chip saat ini.
Baca juga: Material Hibrida Giromorf, Kunci Komputer Fotonik Super Cepat Masa Depan
“Semikonduktor mobilitas tinggi tradisional seperti galium arsenida (GaAs) sangat mahal dan tidak mungkin diintegrasikan dengan manufaktur silikon arus utama,” kata Maksym Myronov, Associate Professor dan pemimpin Grup Penelitian Semikonduktor, Departemen Fisika, University of Warwick. “Material kuantum germanium terkompresi pada silikon (cs-GoS) baru kami menggabungkan mobilitas terdepan di dunia dengan skalabilitas industri — langkah kunci menuju sirkuit terintegrasi skala besar klasik dan kuantum yang praktis.”
Rekayasa Germanium Ultra-Bersih di atas Silikon
Terobosan ini dicapai dengan merekayasa lapisan germanium tipis secara hati-hati di atas wafer silikon. Dengan menerapkan jumlah regangan yang tepat pada lapisan germanium, mereka menciptakan struktur kristal ultra-bersih yang memungkinkan muatan listrik mengalir hampir tanpa hambatan.
Saat dievaluasi, material tersebut menunjukkan rekor mobilitas hole sebesar 7,15 juta cm²/volt-detik (bandingkan dengan ~450 cm²/volt-detik pada silikon industri). Ini berarti muatan dapat bergerak melaluinya jauh lebih mudah daripada di silikon. Hal ini dapat memungkinkan chip masa depan berjalan lebih cepat dan membuang lebih sedikit energi.
Dr. Sergei Studenikin, Principal Research Officer, National Research Council of Canada, menambahkan: “Ini menetapkan tolok ukur baru untuk transpor muatan dalam semikonduktor golongan IV – material yang menjadi jantung industri elektronik global. Ini membuka pintu untuk elektronik dan perangkat kuantum yang lebih cepat, lebih hemat energi, dan sepenuhnya kompatibel dengan teknologi silikon yang ada.”
Penelitian ini menetapkan jalur baru untuk elektronik ultra-cepat dan berdaya rendah, dengan aplikasi potensial yang mencakup pemrosesan informasi kuantum, qubit spin, pengontrol kriogenik untuk prosesor kuantum, AI, dan perangkat keras pusat data dengan pengurangan kebutuhan energi dan pendinginan.
Referensi: “Hole mobility in compressively strained germanium on silicon exceeds 7 × 106 cm2V-1s−1” by Maksym Myronov, Alex Bogan and Sergei Studenikin, 8 October 2025, Materials Today.
DOI: 10.1016/j.mattod.2025.10.004
