Silikon: “Superhero” dalam perangkat elektronik modern

Mengenal Silikon

Pastinya sebagai generasi millennial, kita sudah sangat akrab dengan perangkat elektronik modern sebut saja smartphone, kamera digital, televisi dan laptop. Bisa dibayangkan kan jika sehari saja kita hidup tanpa perangkat elektronik tersebut, mungkin hidup kita akan membosankan. Nah semua perangkat yang menemani kita tersebut tidak akan tercipta di dunia ini tanpa adanya si material yang sangat ajaib dan luar biasa yang dinamakan silikon. Kalian pasti pernah mendengar daerah yang bernama Silicon Valley kan? Daerah ini merupakan pusatnya industri teknologi di Amerika Serikat. Penggunaan nama silikon menggambarkan seberapa pentingnya material tersebut dalam perkembangan teknologi elektronik.

Silikon (Si) merupakan salah satu elemen yang paling banyak ditemukan di kerak bumi dan ternyata material ini dapat diperoleh dengan melakukan pemanasan dan pencampuran dengan karbon terhadap pasir kuarsa pada suhu mencapai 2200°C [1]. Menariknya ternyata setelah pasir kuarsa diproses menjadi silikon dengan kualitas tinggi, harganya dapat mencapai 2 juta rupiah loh [2]. 

Salah kaprah tentang Silikon

Mungkin Sebagian dari kalian berpikir bahwa silikon merupakan material yang sering kali digunakan sebagai implan medis pada tubuh manusia. Nyatanya material silikon yang digunakan pada perangkat elektronik dan implan itu berbeda. Silikon yang dipakai untuk implan pada tubuh manusia, pelumas, dan kosmetik disebut dengan Polysiloxanes [3]. Material ini termasuk dalam kelompok material polimer sintetik atau yang akrab disebut dengan material “plastik”, Polysiloxanes merupakan senyawa yang terdiri dari elemen silikon dan oksigen sebagai komponen utamanya. 

Sementara silikon yang digunakan pada perangkat elektronik merupakan elemen silikon yang didapatkan dari pasir kuarsa, dimana pasir kuarsa terbentuk secara alami di alam [4]. Jadi jelas kan sekarang perbedaan antara silikon yang digunakan dalam perangkat elektronik dan sebagai implan pada tubuh manusia? Jangan sampai keliru dan tertukar antar keduanya ya.

Silikon dalam industri elektronik

Silikon memiliki sifat fisika yang sangat unik dan tergolong dalam material semikonduktor. Material semikonduktor merupakan material yang memiliki sifat listrik diantara konduktor dan isolator [5]. Nah menariknya sifat listrik dari semikonduktor dapat dimodifikasi sedemikian rupa dengan cara mencampurkannya dengan material lain, teknik ini dikenal dengan “doping”. Teknik doping ini ternyata memiliki banyak manfaat, seperti meningkatkan performa sel surya dari segi konversi sinar matahari menjadi energi listrik, memperoleh sel surya dengan biaya yang ekonomis dan juga doping diperlukan untuk memperoleh lampu LED dengan berbagai macam warna [6,7]. Silikon sendiri dapat didoping dengan berbagai macam elemen dan elemen yang paling populer untuk mendoping silikon adalah boron dan fosfor. 

Ternyata silikon yang telah didoping ini merupakan cikal bakal terciptanya transistor. Transistor merupakan komponen penting pada perangkat elektronik yang kita pakai sekarang. Bisa dibayangkan kan kalau transistor tidak ditemukan sampai sekarang? mungkin perangkat elektronik tidak akan maju seperti sekarang ini. Karena hasil kerja keras dan penemuan yang luar biasa tersebut, penemu transistor yaitu William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain mendapatkan penghargaan nobel di bidang fisika pada tahun 1956 [8]. 

Sebenarnya material semikonduktor tidak hanya silikon saja loh, banyak material semikonduktor lainnya tersedia di alam contohnya germanium. Namun silikon dapat dikatakan merupakan “superhero” dalam industri perangkat elektronik dikarenakan sifat fisis silikon yang dapat dimodifikasi dengan mudah dan bahan baku silikon yaitu pasir kuarsa dapat dengan mudah diperoleh di alam [9].

Mencari Pengganti Silikon

Silikon sebagai material elektronik sudah digunakan sejak tahun 1950-an dan sayangnya silikon sudah berada di puncak kejayaannya. Seperti yang kita tahu ukuran perangkat elektronik semakin mengecil tiap tahunnya. Ukuran perangkat elektronik yang semakin mengecil tentunya harus dibarengi dengan ukuran komponen transistor yang ikut mengecil juga. Kabar menyedihkannya ukuran transistor silikon tidak dapat dibuat lebih kecil lagi karena ternyata terdapat penurunan performanya [10]. Hal ini membuat para peneliti menganggap bahwa masa kejayaan Silikon akan berakhir dan tentunya mereka harus mencari “superhero” yang baru guys. 

Referensi

[1] The Element Silicon. https://education.jlab.org/itselemental/ele014.html#:~:text=Silicon was discovered by Jöns,element in the earth’s crust. (accessed August 16, 2020).

[2] SIlicon Wafers – Substrates. https://www.sigmaaldrich.com/materials-science/material-science-products.html?TablePage=105273466 (accessed August 16, 2020).

[3] A. Rahimi, P. Shokrolahi, Application of inorganic polymeric materials: I. Polysiloxanes, Int. J. Inorg. Mater. 3 (2001) 843–847. https://doi.org/10.1016/S1466-6049(01)00162-3.

[4] J. Castro, Silicon or Silicone: What’s the Difference?, Live science (2013). https://www.livescience.com/37598-silicon-or-silicone-chips-implants.html (accessed August 16, 2020).

[5] W.D. Callister Jr, D.G. Rethwisch, Materials Science and Engineering, 8th Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2019.

[6] S. K. Kokate, C. V. Jagtap, P. K. Baviskar, S. R. Jadkar, H. M. Pathan, K. C. Mohite. CdS sensitized cadmium doped ZnO solar cell: Fabrication and characterizations, Optik. 157 (2018) 628-634. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.11.098.

[7] O. Lupan, T. Pauporte, T. L. Bahers, B. Viana, I. Ciofini. Wavelength‐Emission Tuning of ZnO Nanowire‐Based Light‐Emitting Diodes by Cu Doping: Experimental and Computational Insights, Adv. Funct. Mater. 21 (2011) 3564-3572. https://doi.org/10.1002/adfm.201100258

[8] 1956 Nobel Prize in Physics: The Transistor, Bell Labs. https://www.bell-labs.com/about/recognition/1956-transistor/ (accessed August 16, 2020).

[9] F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, Inc., London, 1989.

[10] L. Venema, Silicon electronics and beyond, Nature. 479 (2011) 309. https://doi.org/10.1038/479309a.

Kredit gambar oleh Enrique Jiménez https://www.flickr.com/photos/36338618@N02/32126624767