Analisis Fisika Semikonduktor &
Limitasi Miniaturisasi Transistor
Eksplorasi interaktif mengenai mekanisme transportasi elektron, evolusi arsitektur dari Planar hingga CFET, dan tantangan fundamental dalam skala atomik.
Prinsip Fisika Transportasi Elektron
Bagian ini memvisualisasikan bagaimana elektron bergerak dalam semikonduktor. Pemahaman tentang Pita Energi dan mekanisme Drift vs Difusi adalah kunci untuk memahami cara kerja transistor modern. Di bawah ini, Anda dapat berinteraksi dengan simulasi partikel untuk melihat perbedaan antara pergerakan acak (difusi) dan pergerakan terarah akibat medan listrik (drift).
Teori Pita Energi
Karakteristik konduksi silikon ditentukan oleh celah energi (Bandgap) sebesar ≈ 1.12 eV.
Mekanisme Arus
- ● Arus Drift: Perpindahan akibat medan listrik longitudinal antara Source dan Drain. Dominan saat transistor ON.
- ● Arus Difusi: Migrasi akibat gradien konsentrasi. Dominan pada rezim sub-ambang (Leakage).
Simulasi Partikel Elektron
Partikel bergerak acak menyebar dari konsentrasi tinggi ke rendah.
Lab Kalkulasi: Arus Drain ($I_D$)
Bagaimana miniaturisasi mempengaruhi performa? Gunakan kalkulator di bawah ini untuk melihat dampak perubahan parameter fisik (seperti panjang kanal $L$) terhadap arus keluaran transistor berdasarkan model MOSFET klasik.
Persamaan Saturasi
ID = ½ μn Cox (W/L) (VGS - Vth)2
Perhatikan bagaimana L (Panjang Kanal) berbanding terbalik dengan arus. Semakin kecil L, semakin besar arus (dan panas).
Evolusi Arsitektur Transistor
Dari struktur datar hingga gedung bertingkat. Pelajari bagaimana insinyur mengubah bentuk fisik transistor untuk mempertahankan kontrol elektron pada skala atomik.
MOSFET Planar
Struktur standar selama puluhan tahun. Gerbang hanya mengontrol kanal dari sisi atas. Pada ukuran di bawah 28nm, terjadi kebocoran arus yang masif karena gerbang tidak bisa mematikan aliran di bagian bawah kanal.
Keterbatasan: Short Channel Effects (SCE) menyebabkan efisiensi buruk pada node kecil.
Analisis "Triple Wall"
Hukum Moore tidak berhenti karena kurangnya ide, tetapi karena menabrak tiga tembok fundamental: Fisika, Ekonomi, dan Termal. Lihat data di bawah ini untuk memahami skala tantangannya.
Dinding Fisika
⚛️Pada skala < 2nm, elektron menerobos isolator (Quantum Tunneling). Jarak antar atom silikon adalah 0.54nm, batas keras material.
Dinding Ekonomi
💰Hukum Rock (Moore's Second Law): Biaya Fabrikasi meningkat eksponensial. Fab 3nm berbiaya > $20 Miliar.
Dinding Termal
🔥Fenomena "Dark Silicon". Kita tidak bisa menyalakan seluruh chip sekaligus tanpa melelehkannya.
Masa Depan: Era "More than Moore"
Chiplet Design
Memecah fungsi menjadi chip kecil yang digabung dalam satu paket, mengurangi biaya kegagalan fabrikasi.
3D Stacking
Menumpuk memori di atas logika (seperti HBM atau 3D V-Cache) untuk memperpendek jarak data.
Material 2D (MoS2)
Material setipis satu atom yang memiliki bandgap alami dan kontrol elektrostatik superior dibanding silikon.
Backside Power
Memindahkan jalur daya ke bagian belakang chip untuk mengurangi kemacetan sinyal di bagian depan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Silahkan tulis komentar anda disini, bisa berupa: Pertanyaan, Saran, atau masukan/tanggapan.