Laju pesat kemajuan teknologi, yang telah lama didorong oleh Hukum Moore, menghadapi tantangan signifikan saat semikonduktor berbasis silikon tradisional mendekati batas fisik dan ekonomi. Hukum Moore, yang menyatakan bahwa jumlah transistor dalam sirkuit terintegrasi akan berlipat ganda setiap dua tahun, mulai melambat. Keterbatasan termal dan inefisiensi energi dari teknologi semikonduktor tradisional semakin memperburuk situasi ini, mendorong para peneliti dan insinyur untuk mencari solusi alternatif yang lebih efisien dan berkelanjutan (Salaudeen et al., 2024). Dalam konteks ini, kebutuhan akan material inovatif yang dapat mengatasi batasan-batasan tersebut menjadi semakin mendesak.
Nanoteknologi merevolusi industri semikonduktor dengan memperkenalkan material baru yang meningkatkan kinerja, mengurangi konsumsi energi, dan mendorong batasan miniaturisasi. Material seperti graphene, carbon nanotubes, dan quantum dots tidak hanya menawarkan sifat listrik yang superior, tetapi juga membuka jalan bagi desain sirkuit yang lebih kompleks dan efisien (Zhao et al., 2019). Dengan memanfaatkan sifat unik dari nanomaterial ini, kita dapat menciptakan perangkat yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih hemat energi, yang pada gilirannya akan mendorong inovasi di berbagai sektor, mulai dari komputasi hingga telekomunikasi. Oleh karena itu, pemahaman yang lebih dalam tentang potensi nanomaterial dalam semikonduktor sangat penting untuk mempersiapkan generasi berikutnya dari teknologi elektronik.
Graphene, yang merupakan lapisan tunggal atom karbon dalam kisi heksagonal, memiliki konduktivitas listrik yang luar biasa yang melampaui batasan silikon. Penelitian menunjukkan bahwa transistor berbasis graphene jauh lebih kuat daripada yang berbasis silikon dan dapat beroperasi pada frekuensi lebih dari 400 GHz (Zhao et al., 2019). Menurut (Baig, 2023) Carbon nanotubes, salah satu nanomaterial yang sangat menjanjikan lainnya, sangat kuat dan konduktif, sehingga sangat cocok untuk digunakan dalam perangkat yang sangat kecil dan berkinerja tinggi. Material ini memungkinkan miniaturisasi transistor yang terus berlanjut, memastikan bahwa kemajuan teknologi tetap berada pada jalur yang meningkat meskipun material tradisional mengalami kesulitan.
Permintaan chip hemat energi belum pernah sebesar ini, terutama dengan munculnya Internet of Things (IoT), Artificial Intelligence (AI), dan jaringan 5G. Perangkat berbasis silikon tradisional menghadapi masalah untuk memenuhi permintaan ini, karena mereka sering mengalami arus bocor dan disipasi panas yang berlebihan. Namun, nanomaterial menawarkan solusi untuk masalah ini.
Dalam konteks ini, partikel semikonduktor berskala nano, yang dikenal sebagai quantum dots, patut diperhatikan. Jarak pita yang dapat diatur memungkinkan lebih banyak kontrol atas sifat elektronik, secara signifikan mengurangi kehilangan energi prosesor. Misalnya, perangkat fotonik telah menggunakan quantum dots untuk meningkatkan efisiensi energi dengan mengurangi jumlah panas yang dihasilkan selama transmisi data (Huebsch et al., 2015). Selain itu, Nanomaterial seperti molibdenum disulfida () juga memiliki kemampuan manajemen termal yang luar biasa, yang membantu menghilangkan panas pada perangkat berdaya tinggi dengan lebih baik (Karim et al., 2023).
Dibalik segala potensi nya, Nanomaterial menghadirkan tantangan untuk integrasi ke dalam manufaktur semikonduktor saat ini karena faktor teknis dan ekonomi. Tidak seperti silikon, yang telah menjadi standar industri selama beberapa decade. Sebagian besar orang mengkritik nanomaterial karena sulit untuk memasukkannya ke dalam proses pembuatan semikonduktor saat ini. Selain itu, meningkatkan produksi nanomaterial untuk memenuhi permintaan volume pasar semikonduktor global adalah hambatan yang signifikan. Memproduksi graphene berkualitas tinggi dapat melibatkan proses yang memakan banyak tenaga kerja yang membatasi output dan meningkatkan biaya.
Namun, kekhawatiran ini sedang diatasi oleh kemajuan dalam proses manufaktur. Misalnya, Chemical Vapor Deposition (CVD) dan metode fabrikasi bottom-up yang memungkinkan pembuatan nanomaterial berkualitas tinggi dalam skala besar. Ini telah digunakan untuk mensintesis lembaran graphene yang besar, yang cocok untuk aplikasi industri (Sadulla, 2024). Produsen semikonduktor terkemuka, termasuk Intel dan Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), secara aktif mempelajari integrasi nanomaterial ke dalam jalur produksi mereka, dan mereka berinvestasi besar-besaran dalam penelitian dan pengembangan dalam upaya menurunkan biaya dan meningkatkan skalabilitas. Pekerjaan ini memungkinkan adopsi nanoteknologi yang luas di industri semikonduktor.
Para kritikus berpendapat bahwa teknologi nanomaterial masih bersifat eksperimental, mahal, dan sulit untuk dijual dalam skala besar—nanomaterial masih lebih mahal per unit dibandingkan dengan silikon, sebagian karena rantai pasokan yang terbatas dan kebutuhan akan peralatan khusus. Terlepas dari kenyataan bahwa bahan-bahan ini menghadapi kendala terkait skalabilitas dan integrasi, tren terbaru menunjukkan bahwa kendala ini secara bertahap diatasi. Laporan dari Semiconductor Industry Association (SIA) menunjukkan peningkatan 25% dalam investasi global dalam penelitian nanoteknologi dalam lima tahun terakhir. Peningkatan ini didorong oleh pengakuan para pemimpin industri akan potensi transformasinya (Salaudeen et al., 2024).
Selain itu, teknik produksi nanomaterial menjadi lebih halus, sehingga biayanya dengan cepat turun. Misalnya, biaya produksi graphene telah turun lebih dari 50% dalam sepuluh tahun terakhir. Ini membuatnya lebih layak untuk digunakan secara komersial. Garis waktu untuk adopsi umum tampaknya semakin dekat karena perusahaan besar seperti International Business Machines Corporation (IBM) dan Samsung mulai menunjukkan prototipe transistor berbasis nanomaterial yang berfungsi.
Nanoteknologi adalah dasar komputasi generasi berikutnya; itu lebih dari sekedar pelengkap teknologi semikonduktor tradisional. Nanomaterial siap untuk merevolusi industri dengan mengatasi keterbatasan silikon, meningkatkan efisiensi energi, dan memungkinkan produksi yang dapat diskalakan.
Saat kita beralih menuju nano untuk generasi berikutnya, sangat penting bagi para pemimpin industri dan pembuat kebijakan untuk mengakui potensi besar dari nanoteknologi. Peningkatan investasi dalam penelitian dan infrastruktur akan sangat penting untuk mempertahankan keunggulan kompetitif di pasar semikonduktor global. Zaman silikon mungkin sedang memudar, tetapi era nanomaterial baru saja dimulai—sebuah masa depan di mana komputasi dan elektronik mencapai ketinggian kinerja dan efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya.
