Nano CMOS

Nano CMOS adalah salah satu bentuk perkembangan CMOS. CMOS sendiri merupakan singkatan dari complementary metal oxide semiconductor. CMOS ini merupakan sebuah komponen semi konduktor yang banyak dipakai dalam alat-alat elektronik. CMOS merupakan jenis semikonduktor yang kompleks apabila dibandingkan dengan diode. Semikonduktor yang dipakai pada alat elektronik, alih-alih diode, adalah transistor. Transistor sendiri pada prinsipnya merupakan dua buah diode yang disatukan. Transistor ini dapat dikatakan sebagai era pertama CMOS. Karena tuntutan teknologi yang terus berkembang yang selalu mereduksi secara ukuran namun membutuhkan kinerja yang lebih optimal, kebutuhan akan jumlah transistor yang diperlukan pada suatu chip selalu bertambah. Hal ini sesuai dengan yang telah diramalkan oleh Gordon Moore pada tahun 1970 mengenai perkembangan dari kompleksitas suatu chip menyangkut jumlah transistor yang dibutuhkan.[1] Karena hal inilah keberadaan CMOS menjadi suatu hal yang penting. Karena ini juga menyebabkan CMOS memerlukan material yang kecil untuk menyusunnya. Hal ini yang menyebabkan bahan nano merupakan pilihan utama. Sebagaimana telah diketahui bahwa nano sendiri merupakan satuan ukuran panjang dengan besar 10-9 meter, yang berarti ukuran dari materi nano sendiri sebesar panjang barisan sepuluh atom hidrogen atau selebar DNA.[2] Pembuatan CMOS dari bahan nano ini menyebabkan jumlah transistor yang ada semakin banyak.

Sejarah CMOS dan Tekhnologi Nano

Telah dinyatakan sebelumnya bahwa angkatan pertama CMOS adalah single-transistor.[3][4] Perjalanan dari transistor menjadi CMOS cukup panjang, pada tahun 1947 transistor pertama kali digunakan oleh J. Bardeen, W. Brattain di Bell Labs. Lalu pada tahun 1949, W. Shockley menemukan transistor bipolar. Selang tujuh tahun kemudian, Harris membuat bipolar digital logic gate yang pertama kalinya. Monolithic Integrated Circuits pertama kali ditemukan oleh Javk Kilby dari Texas Instruments pada thun 1958. Sementara logic gate integrated circuit pertama kali dijual oleh Fairchild pada tahun 1960. CMOS gate pertama kali dikembangkan oleh F Wanlass dan C. Sah pada tahun 1963 namun terhalang dikarenakan masalah manufaktur. Pada tahun 1960an juga untuk pertama kalinya digunakan PMOS pada kalkulator. Pada tahun 1972, Intel 4004 mengembangkan revolusi kedua dari integrated circuit di mana NMOS digunakan dan diprioritaskan pada kecepatan pemrosesan informasi. Pada tahun 1980an CMOS barulah mulai digunakan setelah disempurnakan. Selain itu, selama perjalanannya CMOS sendiri mengalami evolusi pada segi kompleksitasnya. Tingkat kompleksitas ini ditunjukkan dari jumlah ''logic blocks'' per chip. Ketika masih menggunakan single transistor jumlahnya masih kurang dari satu. Hal ini berlangsung pada tahun 1958. Lalu pada tahun 1960 berkembang menjadi satu ketika unit logic atau one gate mulai digunakan. Selanjutnya ketika memasuki era multi function pada tahun 1962 tingkat kompleksitas meningkat menjadi dua sampai empat logic blocks per chip. Memasuki tahun1964, complex function, kompleksitas memasuki jumlah lima sampai 20. Memasuki era medium scale integration atau disebut juga dengan MSI, kompleksitas mencapai 20 sampai 200. Era large scale integration atau LSI pada tahun 1972 memiliki kompleksitas 200 sampai 2000. Kompleksitas mencapai 2000 sampai 20.000 logic blocks per chip pada era very large scale integration atau VLSI pada tahun 1978. Dan pada tahun 1989, pada era ultra large scale integration, jumlah logic blocks sudah melebihi 20.000.[5] Jumlah logic blocks akan terus meningkat karena jumlah logic blocks akan mempengaruhi kerja dari suatu alat. Semakin banyak jumlah logic blocks, semakin baik pula kinerja dari alat tersebut. Karena itu hal yang penting mengembangkan teknologi nano dalam pembuatan chip karena ukuran benda nano yang kecil akan sangat memungkinkan membuat logic blocks pada sebuah chip dengan jumlah yang lebih banyak tanpa harus memperbesar bentuk chip sendiri. Sementara menyangkut teknologi mengenai nano sendiri diperkenalkan awalnya oleh Richard Feyman yang terkenal dengan pidatonya dalam sebuah kuliah "The principle of physics, as far as i can see, do not speak againts the possibility of manuevring thing ato by atom". Pada tahun 1960, kata-kata Freyman hanya dianggap sebagai sebuah khayalan, namun saat ini telah banyak alat yang mengaplikasikan teknologi nano ini. Pada tahun 1981 ditemukan alat ''Scanning Tunneling Microscope''. Alat ini merupakan alat pertama yang memiliki kemampuan untuk melihat benda berukuran nanometer. Lalu pada tahun 1986 ditemukan ''Atomic Force Microscope'' yang semakin membuat nanoscience berkembang. Dua tahun kemudian, 1988, peneliti di IBM mengamati emisi foton dari area berukuran nanometer melalui Scanning Tunneling Microscope yang mana menyebabkan peristiwa luminiscence dan fluorescence pada skala nanometer. Pada tahun 1989, IBM berhasil melakukan manipulasi atom untuk pertama kalinya dengan membentuk logo perusahaannya menggunakan 35 atom xenon. Sementara itu manipulasi atom pada temperatur kamar dilakukan pertama kali pada tahun 1996. Teknologi nano pertama kali digunakan pada komputer pada tahun 2001 dalam bentuk sirkuit single molekul, logic performing integrated circuit dari transistor karbon nanotube.[5]

Keunggulan dan Hambatan Nano CMOS

Nano CMOS memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan CMOS dengan material di atas ukuran nano dan juga pendahulu CMOS seperti Large Scale Integration, Medium Scale Integration dan jenis integrated circuits lainnya. Keunggulan-keunggulan ini disebabkan karena ukuran materi yang kecil sehingga memungkinkan untuk membentuk jumlah transistor kecil yang lebih banyak. Beberapa keunggulan yang dimiliki oleh Nano CMOS adalah:

• Kecilnya area atau volume yang digunakan, menyebabkan Nano CMOS memiliki kompaktibilitas yang baik.[3]
• Penggunaan Nano CMOS menyebabkan turunnya besar daya yang digunakan ketika alat bekerja.[3]
• Lebih dapat diandalkan dibandingkan dengan jenis integrated circuits yang lain karena memiliki on-chip interconnect yang lebih baik.[3]
• Memiliki kecepatan yang lebih tinggi karena ukuran interkoneksi yang lebih pendek.[3]
• Mengurangi jumlah kebutuhan untuk mengetes pada tingkatan sistem (setelah terintegrasi dalam alat).[3]
• Penggunaan nano CMOS dapat menghemat pengeluaran untuk produksi sehingga harga barang lebih murah.[3]

Selain memiliki keunggulan tersebut, Nano CMOS juga memiliki hambatan dalam pengembangan dan penggunaannya. Teknologi nano sendiri, walaupun sudah dipelajari sejak lama, namun belum mancapai taraf di mana benar-benar dapat diaplikasikan dalam semua bidang. Beberapa hambatan yang dihadapi dalam pengembangan dan penggunaan Nano CMOS diantaranya sebagai berikut:

• Resistansi bahan metal yang dipakai. Materi yang memiliki ukuran di bawah 1μm memiliki resistensi yang tinggi, semakin kecil ukuran materi semakin naik nilai resistensi yang dimiliki. Sehingga diperlukan bahan yang dapat mengurangi resistensi tinggi yang ada sementara line yang ada hanyalah sempit sehingga akan kesulitan untuk menambah materi di dalamnya.[3]
• Interconnect dielectric constant. Dalam menggunakan Nano CMOS, masih memungkinkan penggunaan wire scaling oleh Low-к dielectric namun walaupun mungkin, hal ini susah untuk diimplementasikan karena ukurang materi nano yang kecil. Low-к dielectric dapat berkurang kemampuannya dan berbahaya karena adanya time dependent dielectric breakdown.[3]

Referensi

1. {Kang, Sung Mo; Leblebici, Yusuf. CMOS Digital Integrated Circuits. 1999. Singapore: McGraw Hill. ISBN 0-07-116427-8}
2. {Modul of Fundamental Concepts of Nanoscience and Nanotechnology by Luisia Filliponi and Duncan Sutherland. Aarhus University, Denmark. January, 2011.}
3. {Wong, Ban P.et al. Nano-CMOS Circuit ang Physical Design. 2005. New Jersey: John Willey & Sons Incorporation. ISBN 0-471-46610-7}
4. {Lecture CMOS VLSI by Shankar Balachandran. Departement of Computer Cience and Engineering Indian Institute of Technology Madras}
5. {Factsheet IBM Research Nanotech Milestone.Media Conference 2008.}