Pengertian Carbon Nanotube
Carbon nanotube adalah salah satu struktur carbon yang berbentuk seperti silinder dengan diameter dalam orde nanometer. Salah satu keunikan dalam struktur ini adalah kelebihannya dalam hal kekuatan, sifat keelektrikannya, dan juga sifat dalam penghantaran panas yang baik. Struktur ini memiliki bermacam bentuk turunan yang masing-masing memiliki sifatnya tersendiri. Keistimewaan carbon nanotube membuatnya menjadi harapan baru dalam perkembangan teknologi nano.
Struktur carbon nanotube yang unik memungkinkannya memiliki sifat kenyal, daya regang, dan stabil dibandingkan struktur carbon lainnya. Kelebihannya ini dapat dimanfaatkan dalam pengembangan struktur bangunan yang kuat, struktur kendaraan yang aman, dan lainnya. Hal ini dikarenakan carbon nanotube memiliki ikatan sp3 menyerupai struktur di grafit. Ikatan ini lebih kuat dibandingkan dengan struktur ikatan sp2 yang dimiliki oleh intan. Dengan demikian secara alami carbon nanotube akan membentuk ikatan yang sangat kuat.
Struktur Carbon Nanotube
- Single Walled Nanotubes (SWNT)
Struktur ini memiliki diameter kurang lebih 1 nanometer dan memiliki panjang hingga ribuan kali dari diameternya. Struktur SWNT dapat dideskripsikan menyerupai sebuah lembaran panjang struktur grafit (disebut graphene) yang tergulung. Umumnya SWNT terdiri dari dua bagian dengan properti fisik dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dan bagian kedua adalah bagian kepala. SWNT memiliki beberapa bentuk struktur berbeda yang dapat dilihat bilamana struktur tube dibuka.
SWNT memiliki sifat keelektrikan yang tidak dimiliki oleh struktur MWNT. Hal ini memungkinkan pengembangan struktur SWNT menjadi nanowire karena SWNT dapat menjadi konduktor yang baik. Selain itu SWNT telah dikembangkan sebagai pengganti dari field effect transistors (FET) dalam skala nano. Hal ini karena sifat SWNT yang dapat bersifat sebagai nFET juga p-FET ketika bereaksi terhadap oksigen. Karena dapat memiliki sifat sebagai n-FET dan p-FET maka SWNT dapat difungsikan sebagi logic gate.
- Multi Walled Nanotubes (MWNT)
MWNT dibentuk dari beberapa lapisan struktur grafit yang digulung membentuk silinder. Atau dapat juga dikatakan MWNT tersusun oleh beberapa SWNT dengan berbeda diameter. MWNT jelas memiliki sifat yang berbeda dengan SWNT.
Pada MWNT yang hanya memiliki 2 lapis dinding (Double-Walled Carbon Nanotubes-DWNT) memiliki sifat yang penting karena memiliki sifat yang menyerupai SWNT dengan chemical resistance yang lebih baik. Hal ini dikarenakan pada SWNT hanya memiliki 1 lapis dinding sehingga bilamana terdapat ikatan C=C yang rusak maka akan menghasilkan lubang di SWNT dan hal ini akan mengubah sifat mekanik dan elektrik dari ikatan SWNT tersebut. Sedangkan pada DWNT masih terdapat 1 lapisan lagi di dalam yang akan mempertahankan sifatnya.
Karakterisktik Nano Elektronik
- Skala: Nanoelektronik beroperasi pada skala nanometer, yang memerlukan teknologi canggih untuk menghasilkan perangkat dengan kinerja tinggi. Pembuatan perangkat nanoelektronik membutuhkan proses seperti deposisi film tipis, etching, anil, dan metalisasi.
- Material: Material semikonduktor seperti silikon (Si) dan zink oksida (ZnO) digunakan dalam nanoelektronik karena memiliki sifat elektronik, optik, dan fotonik yang baik. Material-material ini digunakan dalam aplikasi seperti divais optoelektronik, konduktor transparan, dan material piezoelektrik.
- Karakteristik Fisika: Karakteristik fisika nanoelektronik melibatkan sifat-sifat seperti energi gap, ikatan, dan struktur nano. Contohnya, ZnO memiliki bandgap sekitar 3,25 eV dan energi ikat eksiton yang besar, membuatnya populer sebagai material aktif dalam perangkat optoelektronik.
- Kinerja: Kinerja nanoelektronik dipengaruhi oleh kualitas kontak logam, seperti resistensi kontak, yang mempengaruhi performa perangkat. Logam seperti platinum (Pt) dan aluminium (Al) digunakan sebagai kontak, dengan Pt berperilaku sebagai kontak rectifying dan Al sebagai kontak Ohmic.
- Aplikasi: Nanoelektronik digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti divais elektronik, komponen listrik berukuran nanometer, dan perangkat optoelektronik. Nanoelektronik juga digunakan dalam pengembangan teknologi seperti komputerisasi dan telepon genggam
Metode Preparasi Aplikasi Nano Elektronik Berbasis CNT (Carbon Nanotubes)
Metode preparasi aplikasi chip berbasis CNT (Carbon Nanotubes) melibatkan beberapa langkah yang berbeda-beda. Berikut adalah beberapa contoh metode yang digunakan:
- Chemical Vapor Deposition (CVD): Metode ini melibatkan reaksi kimia antara gas karbon dan katalis untuk membentuk CNT. Proses ini dilakukan dengan mengaliri gas argon dan mengaduk campuran karbon aktif berbasis tempurung kelapa, ferrocene sebagai katalis, dan benzena sebagai sumber karbon.
- Laser Ablation: Metode ini melibatkan penggunaan sinar laser untuk menghancurkan material karbon dan membentuk CNT. Proses ini dilakukan dengan mengarahkan sinar laser pada material karbon dan mengumpulkan partikel yang terbentuk.
- Arc Discharge: Metode ini melibatkan penggunaan listrik untuk menghasilkan plasma yang menghancurkan material karbon dan membentuk CNT. Proses ini dilakukan dengan menghubungkan dua elektroda karbon dan mengaliri listrik melalui mereka.
Carbon Nanotube dalam desain chip
Raksasa teknologi IBM ingin mencoba menggunakan tabung nano karbon dalam desain chip. Karbon nanotube bukanlah fiksi ilmiah melainkan fakta ilmiah. Tabung-tabung kecil ini merupakan pesaing besar dalam kontes “bahan untuk masa depan” karena mereka sangat kuat, sangat konduktif, dan yang terpenting sangat kecil.
IBM kemudian menemukan bahwa, jika tegangan yang diterapkan pada campuran yang tepat, karbon nanotube logam akan terbakar, meninggalkan tabung semikonduktor. Meskipun tabung semikonduktor sekarang dapat dipisahkan, masih terdapat masalah pengaturan struktural. Menyatukan nanotube dianggap hampir mustahil namun para peneliti di IBM kembali memperbaiki kesalahan ini dengan menempelkan molibdenum ke ujung tabung yang dapat digunakan untuk “merekatkan” tabung menjadi satu. Dimasukkannya molibdenum tidak berdampak pada karakteristik listrik nanotube yang penting untuk perangkat elektronik fungsional.
Mengapa Nanotube?
Nanotube kuat, ringan, dan menunjukkan sifat struktural yang sangat baik. Hal ini penting untuk bahan semikonduktor apa pun, tetapi salah satu karakteristik terpentingnya adalah ukurannya. Saat ini, transistor dengan ukuran fitur sekecil 10nm sedang digunakan dalam desain komersial tetapi desain komersial yang menggunakan ukuran lebih kecil dari 7nm diperkirakan tidak mungkin dilakukan. Meskipun ukuran fitur transistor sekecil 1nm telah berhasil dibuat , penggunaan transistor tersebut dalam desain komersial yang ditingkatkan mungkin terlalu mahal untuk diproduksi (untuk daya komputasi yang ditawarkannya).
Di sinilah karbon nanotube berperan. Lebar karbon nanotube bisa sekecil 1nm yang berarti sepersepuluh dari ukuran fitur transistor saat ini. Selain itu, struktur karbon nanotube dapat diandalkan dan kuat, tidak seperti transistor silikon yang operasi produksinya gagal. Sifat inilah yang menjadikan karbon nanotube sebagai bahan pembuat chip masa depan yang dapat menghasilkan prosesor lebih cepat, menggunakan lebih sedikit energi, dan membuang lebih sedikit panas.
Kelebihan dan Kekurangan CNT pada Nano Elektronik chip
Karbon nanotube (CNT) memiliki berbagai kelebihan yang menjanjikan untuk aplikasi dalam nanoelektronika dan teknologi chip. Berikut adalah beberapa kelebihan utama CNT dalam konteks ini:
- Mobilitas Elektron yang Tinggi
- Ukuran yang Sangat Kecil
- Kekuatan Mekanis yang Tinggi
- Konduktivitas Termal yang Tinggi
- Kemampuan untuk Memiliki Sifat Semikonduktor atau Logam
- Konsumsi Daya yang Rendah
- Stabilitas dan Ketahanan Lingkungan
- Potensi untuk Fungsionalisasi
- Kapasitas Penyimpanan yang Lebih Tinggi
- Kompatibilitas dengan Teknologi 3D IC
- Kekurangan CNT nano elektronik pada chip
Karbon nanotube (CNT) adalah salah satu material yang menjanjikan dalam pengembangan nanoelektronika, terutama untuk aplikasi pada chip. Namun, ada beberapa kekurangan dan tantangan yang perlu diatasi sebelum CNT bisa diterapkan secara luas dalam teknologi chip. Berikut adalah beberapa di antaranya:
- Produksi dan Pemetaan
- Kontak Listrik
- Integrasi dengan Teknologi Silikon
- Masalah Skalabilitas
- Keandalan dan Umur Pakai
- Isolasi dan Kontrol
