Kegunaan Separuh Logam Dalam Industri Mikroelektronik

(1)

Sejarah Mikrocip

Geoffrey W.A. Dummer, seorang ahli sainsradar di Kementerian Pertahanan Kerajaan British merupakan pencetus idea untuk "litar elektrik sepadu" pada 7 Mei1952. Pada tahun 1956, beliau cuba membina litar tersebut, tetapi malangnya tidak berjaya dalam pelaksanaannya. Litar bersepadu yang pertama dihasilkan pada 6 Februari1959 oleh Jack Kilby daripada syarikat Texas Instruments. Pada masa itu, litar itu diperbuat daripada germanium. Kilby menerima paten untuk ciptaannya, iaitu US3138743, US3138747, US3261081, dan US3434015. Robert Noyce dari syarikat Fairchild Semiconductor pula telah dianugerahkan hak cipta asal (paten) pada 25 April1961 untuk sebuah unit litar bersepadu yang lebih kompleks yang diperbuat daripada silikon.

Terdapat beberapa jenis dan generasi litar bersepadu:  Penyepaduan skala kecil (SSI)

 Penyepaduan skala pertengahan (MSI)  Penyepaduan skala besar (LSI)

 Penyepaduan skala sangat besar (VLSI)  Penyepaduan skala ultra besar (ULSI)  Penyepaduan skala wafer (WSI)  Sistem-atas-cip (SoC)

Mikroelektronik adalah alat elektronik yang menggunakan konsep integrasi (integrated circuit -IC) berbagai komponen yang dibutuhkan (misalnya resistor, kapasitor, transistor) dengan menggunakan bahan kristal yang sama (bahan semikonduktor) yang digabungkan dalam satu chip berukuran mikro (kecil). Semua komponen tersebut disatukan sehingga tidak lagi membutuhkan kawat-kawat untuk menghubungkannya satu sama lain.

(2)

Penemuan chip mikro atau biasa disebut microchip ini merupakan revolusi teknologi informasi. Karena komponen ini memungkinkan informasi yang sangat banyak bisa disimpan secara murah dan efisien.

Sebetulnya, cara kerja microchip sama dengan peralatan elektronik generasi sebelumnya. Ada komponen-komponen dasar elektronik seperti resistor, kapasitor, transistor, dioda, rectifier yang dihubungkan oleh kawat dengan disolder. Makin banyak jumlah komponen dasarnya, maka makin tinggi kinerjanya makin hebat hasilnya. Semakin tinggi hasil yang diharapkan, maka kasing-nya akan makin besar lantaran jumlah komponen dasarnya menjadi ribuan.

. Komponen dasar dalam microchip sudah merupakan satu kesatuan yang biasa langsung digunakan, tanpa pakai "upacara" solder-solderan. Komputer canggih yang "mestinya" sebesar gedung bisa "diciutkan" jadi hanya dua kilograman dan bisa ditenteng pula.

Selain itu, lantaran temuan microchip pula, perkembangan teknologi informasi berkembang gila-gilaan. Karena mampu mengefisienkan kinerja hingga peralatan elektronik bisa berukuran kecil, maka microchip mendorong temuan sebangsa handphone, console, TV layar datar, koneksi Internet, sampai misil.

Jasa badai es

Betapa hidup kita dimudahkan dengan adanya temuan microchip. Karenanya, kita perlu mengenal Jack St Clair Kilby, si penemu chip setipis kripik kentang ini.

(3)

Jack Kilby sudah memutuskan untuk menekuni bidang elektronik sejak usia SMA. Ketertarikannya muncul saat ayahnya, seorang insinyur elektro yang memiliki sebuah

perusahaan elektrik kecil, mengalami permasalahan dengan bisnisnya. Saat itu terjadi badai es yang sangat besar dan menghancurkan sebagian besar saluran telepon dan listrik di wilayah tempat tinggal mereka, daerah barat Kansas. Ayah Jack Kilby kehilangan kontak dengan banyak pelanggan karena matinya saluran telepon dan listrik tersebut. Ia kemudian bekerja sama dengan operator radio amatir untuk mendapatkan kontak dengan para pelanggannya itu. Jack Kilby justeru menjadi sangat tertarik melihat kerjasama ini dan langsung memutuskan untuk

mendalaminya. Setelah lulus dari SMA, Jack Kilby melanjutkan ke University of Illinois dan mengambil jurusan Teknik Elektro.

Gelar sarjana dan masternya dalam teknik listrik diperoleh dari Universitas Illinois dan Wisconsin. Lalu ia memulai kariernya tahun 1947 pada divisi Centralab di Globe Union Inc, Milwaukee. Pekerjaannya adalah mengembangkan teknologi alat-alat listrik.

Satu tahun kemudian, Mr Kilby bergabung dengan Texas Instruments Incorporated di Dallas untuk meneliti miniaturisasi peralatan elektronik. Tak lama setelah bergabung di sana, ia menemukan bahwa semua komponen elektronik, baik komponen pasif (resistor, kapasitor) maupun komponen aktif (transistor) terbuat dari bahan kristal yang sama, yaitu bahan

semikonduktor. Ia juga menemukan bahwa semua komponen tersebut dapat diproduksi secara in-situ dan interconnected (saling terhubung) sehingga langsung menghasilkan satu sirkuit lengkap tanpa perlu dihubungkan lagi dengan kawat-kawat (wire). Ia langsung sampai pada pemikiran bahwa seharusnya semua komponen tersebut bisa langsung diproduksi dalam satu chip yang disebut integrated circuit.

Setelah itu, lahirlah dari tangannya rangkaian listrik pertama yang keseluruhan komponennya dibuat dalam suatu semikonduktor berukuran sekecil setengah klip kertas. Hasil kerjanya yang diluncurkan pada 12 September 1958 ini merupakan eksperimen microchip pertama yang sukses dan tercatat dalam sejarah.

(4)

Keberhasilan ini mendorong Kilby untuk terus melakukan penelitian hingga ia dapat menghasilkan lebih dari 60 paten.

Untuk berbagai karyanya ini Kilby mendapat banyak penghargaan, di antaranya National Medal of Science, Franklin Institute's Stuart Ballantine Medal, The NAE's Vladimir Zworykin Award, The American Society of Mechanical Engineers' Holley Medal, The IEEE's Metal of Honor, Cledo Brunetti Award, dan David Sarnoff Award. Sosoknya juga muncul di The National Inventors Hall of Fame sejajar dengan para penemu berkebangsaan Amerika lainnya, seperti Henry Ford, Thomas Alfa Edison, dan The Wright Brothers.

Penghargaan paling prestisius yang diperolehnya adalah Nobel Fisika tahun 2000 bersama dengan Zhores I Alferov dari Rusia, dan Herbert Kroemer dari California, Amerika Serikat.

Temuan dan perjalanan panjang Jack Kilby memudahkan hidup kita. Kecerdasan bukan satu-satunya hal yang membuatnya berhasil. Ketekunan, kerja keras, dan selalu berusaha

menghasilkan yang terbaiklah yang memegang peranan besar atas keberhasilannya.

Kita bisa melihat Jack Kilby sebagai sejarah dan berterima kasih atas apa yang sudah dilakukannya. Tapi sebenarnya, kita pun bisa melakukan hal yang serupa, pada bidang yang mungkin berbeda. Mengapa tidak

(5)

NAMA: IMRAN BIN KHAIRRUL SALEH

KELAS: 4 AL-HAITHAM

NOMBOR I/C: 960625-14-5559

(6)

(7)

Metaloid (Yunani: metallon - logam, eidos - serupa) adalah satu siri unsur kimia yang mempunyai sifat antara logam dan bukan logam. Metaloid sukar dibezakan dengan logam, perbezaan utama adalah secara umumnya metaloid adalah separa pengalir manakala logam adalah pengalir. Terdapat 7 unsur yang dikelompokkan sebagai metaloid

iaitu: boron (B),silikon (Si), germanium (Ge), arsenik (As), antimoni (Sb), telurium (Te), poloniu m (Po), dan astatin (At).

Dalam jadual berkala, metaloid membentuk garis menyerong dari boron ke polonium. Unsur-unsur di bahagian kanan atas garis ini adalah bukan logam manakala yang berada di bahagian kiri bawah adalah logam.

(8)

Silikon

(9)

Boron

(10)

Telurium

(11)

(12)

a) GERMANIUM

Germanium ialah suatu unsur kimia dalam jadual berkala unsur yang mempunyai

simbol Ge dan nombor atom 32. Ia merupakan sejenis metaloid keras, putih keperakan merelap yang sifat kimianya serupa dengan timah. Namanya berasal dari nama negara Jerman (Germany).

Nama, Simbol, Nombor germanium, Ge, 32

Siri kimia metaloid

Kumpulan, Kala, Blok 14, 4, p

Rupa

kelabu keputihan

Jisim atom 72.64(1) g/mol

Konfigurasi elektron [Ar] 3d10 4s2 4p2

(13)

Sifat fizikal

Keadaan pepejal

Ketumpatan (sekitar suhu bilik) 5.323 g/cm³

Ketumpatan cecair pada takat lebur 5.60 g/cm³

Takat lebur 1211.40 K

(938.25 °C, 1720.85 °F)

Takat didih

3106 K

(2833 °C, 5131 °F)

Haba pelakuran 36.94 kJ/mol

Haba pengewapan 334 kJ/mol

Muatan haba (25 °C) 23.222 J/(mol·K)

Tekanan wap

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

pada T/K 1644 1814 2023 2287 2633 3104

Sifat atom Struktur hablur kiub berpusat muka

Keadaan pengoksidaan 4

(amfoterik oksida)

Keelektronegatifan 2.01 (skala Pauling)

Tenaga pengionan pertama: 762 kJ/mol

kedua: 1537.5 kJ/mol

ketiga: 3302.1 kJ/mol

(14)

Jejari atom (kiraan) 125 pm

Jejari kovalen 122 pm

Lain-lain

Sifat kemagnetan no data

Kekonduksian terma (300 K) 60.2 W/(m·K)

Pengembangan terma (25 °C) 6.0 µm/(m·K)

Kelajuan bunyi (rod halus) (20 °C) 5400 m/s

Skala kekerasan Mohs 6.0

Nombor CAS 7440-56-4

Isotop

iso NA separuh hayat DM DE (MeV) DP

68

Ge syn 270.8 d ε - 68Ga

70

Ge 21.23% Ge stabil dengan 38 neutron

71

Ge syn 11.26 d ε - 71Ga

72

73

74

76

(15)

b)SILIKON

Silikon (Latin: silicium) merupakan unsur kimia dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Si dan nombor atom 14. Silikon adalah sejenis metaloid tetravalen yang kurang reaktif berbanding dengan analog kimianya, karbon. Ia merupakan unsur kedua paling berlimpah di dalam kerak Bumi, mencapai hampir 25.7% mengikut berat. Ia wujud di dalam tanah

liat,feldspar, granit, kuartza dan pasir, kebanyakannya dalam bentuk silikon dioksida (juga dikenali sebagai silika) dan dalam bentuk silikat, (beraneka jenis sebatian yang mengandungi silikon, oksigen dan satu atau pelbagai jenis logam lain). Silikon adalah merupakan juzuk utama di dalam kebanyakan peranti semikonduktor, dan sekiranya dalam bentuk silika dan silikat, dalam kaca, simen, seramik. Ia juga merupakan juzuk dalam silikone, nama yang diberikan kepada pelbagai jenis bahan plastik yang sering dikelirukan sebagai silikon. Silikon digunakan secara meluas dalam semikonduktor kerana ia mempunyai arus bocoran balikan yang lebih rendah daripada semikonduktor germanium, dan juga kerana oksida aslinyamudah dihasilkan di dalam relau dan membentuk antara muka semikonduktor/dielektrik yang lebih baik berbanding dengan hampir semua jenis gabungan bahan. Dalam bentuk hablurnya, silikon berwarna kelabu gelap dengan kilauan logam. Walaupun ia secara bandingannya agak lengai, silikon masih dapat bertindak balas dengan halogen dan alkali cair, tetapi kebanyakan asid (kecuali gabungan asid nitrik dan asid hidrofluorik) tidak mempengaruhinya. Silikon keunsuran menghantar hampir 95% panjang gelombangcahaya inframerah. Silikon tulen mempunyai pekali suhu rintangan yang negatif, kerana bilangan cas bebas meningkat dengan suhu.

Rintangan elektrik sebuah hablur silikon berubah dengan ketara sekali atas pengenaan tegasan mekanikal oleh sebab kesan rintangan piezo.

(16)

Nama, Simbol, Nombor silikon, Si, 14

Siri kimia metaloid

Rupa

kelabu gelap, kebiru-biruan

Konfigurasi elektron [Ne] 3s2 3p2

Bilangan elektron per petala 2, 8, 4

Sifat fizikal

Keadaan pepejal

Takat lebur 1687 K

(1414 °C, 2577 °F)

Takat didih

3538 K

(3265 °C, 5909 °F)

Haba pengewapan 359 kJ/mol

(17)

Tekanan wap

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

pada T/K 1908 2102 2339 2636 3021 3537

Sifat atom

Struktur hablur kubus berpusat muka

(oksida amfoterik)

Tenaga pengionan pertama: 786.5 kJ/mol

Jejari atom 110 pm

Jejari Van der Waals 210 pm Lain-lain Sifat kemagnetan tak bermagnet

Kekonduksian terma (300 K) 149 W/(m·K)

Pengembangan terma (25 °C) 2.6 µm/(m·K)

Modulus Young 47 GPa

Modulus pukal 100 GPa

(18)

Isotop

28

Si 92.23% Si stabil dengan 14 neutron

29

30

32

(19)

c)BORON

Boron adalah merupakan unsur kimia dalam jadual berkala yang mempunyai

simbol B dan nombor atom 5. Ia juga merupakan unsur metalloid, dan ia wujud dengan banyaknya dalam bijih boraks. Terdapat beberapa alotrop boron; boron amorfus adalah merupakan sejenis serbuk berwarna perang, logam boron pula berwarna hitam. Jenis boron logam adalah keras (9.3 pada skala Mohs) dan merupakan pengalir yang tak baik pada suhu bilik. Ia tidak pernah dijumpai dalam bentuk tulen dalam alam semulajadi. Hablur boron wujud dalam kebanyakan polimorf. Dua jenis bentuk rombohedral, α-boron dan β-boron masing-masing mengandungi 12 dan 106.7 atom-atom dalam sel unit rombohedral, bersama dengan boron tetragonalberatom 50, adalah merupakan tiga jenis bentuk hablur yang paling

diperincikan. Boron merupakan unsur yang kurang elektron, dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia bersifat electrofilik. Sebatian boron sering berkelakuan seperti asid Lewis, iaitu sedia untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk memenuhi kecenderungan boron untuk

mendapatkan elektron.

Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah. Pada suhu piawai boron adalah pengalir elektrik yang tidak baik tetapi merupakan pengalir yang baik pada suhu yang tinggi.

Boron nitrida boleh digunakan untuk menghasilkan bahan sekeras berlian. Nitrida juga

berperanan sebagai penebat elektriktetapi mengalirkan haba sama seperti logam. Unsur ini juga mempunyai sifat pelincir sama seperti grafit. Boron juga sama sepeti karbon denga

(20)

Nama, Simbol, Nombor boron, B, 5

Siri kimia metalloid

Rupa

hitam/perang

Konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p1

Bilangan elektron per petala 2, 3

Sifat fizikal

Keadaan pepejal

Takat lebur 2349 K

(2076 °C, 3769 °F)

Takat didih

4200 K

(3927 °C, 7101 °F)

(21)

Muatan haba (25 °C) 11.087 J/(mol·K)

Tekanan wap

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

pada T/K 2348 2562 2822 3141 3545 4072

Sifat atom

Struktur hablur rombohedral

(oksida asid lemah)

Tenaga pengionan pertama: 800.6 kJ/mol

Jejari atom 85 pm

Lain-lain

Sifat kemagnetan tak magnetik

Rintangan elektrik (20 °C) 150 µΩ·m

Kekonduksian terma (300 K) 27.4 W/(m·K)

Pengembangan terma (25 °C) 5–7 µm/(m·K)

Modulus pukal (β form) 185 GPa

(22)

Kekerasan Vickers 49000 MPa

Isotop

10

B 19.9%* B stabil dengan 5 neutron

11

B 80.1%* B stabil dengan 6 neutron

*Kandungan boron-10 boleh menjadi serendah 19.2% dan setinggi 20.3% dalam sampel semulajadi. Boron-11 adalah

(23)

d) ARSENIK

Arsenik adalah sejenis unsur kimia dengan simbol As, nombor atom 33 dan jisim atom relatif 74.92. Unsur metaloid ini digunakan untuk membuat racun perosak, ubat sapu, peranti elektronik, dan sebagainya.

e) ANTIMONI

Antimoni adalah sejenis unsur kimia dengan simbol Sb dan nombor atom 51.

Unsur metaloid berwarna perak ini digunakan untuk membuatcat, seramik, aloi dan semikon-duktor.

f) TELURIUM

Telurium adalah sejenis unsur kimia dengan simbol Te dan nombor atom 52. Unsur metaloid ini berbentuk pepejal dan berkilau, berwarna putih keperak-perakan, digunakan untuk membuat aloi dan semikonduktor.

g) POLONIUM

Polonium ialah suatu unsur kimia dalam jadual berkala yang memiliki lambang Po dan nombor atom 84. Unsur radioaktif ini termasuk kelompok dalam kumpulan metaloid yang memiliki sifat kimia yang mirip dengan telurium dan bismut.

Unsur pertama yang ditemui berdasarkan sifat radioaktifnya, polonium ditemui pada 1989 oleh ahli kimiaPerancis iaitu Marie Curie dan suaminya, Pierre Curie dan dinamakan sempena negara asalnya, Poland. Polonium adalah salah satu unsur dariuranium-radium dan merupakan anggota dari uranium-238. Polonium adalah unsur yang sangat jarang. Jumlah un sur ini terjadi dalam batuan yang mengandung radium. Polonium 210 (juga disebut radium-F) adalah isotop paling umum yang memiliki separuh hayat selama 138 hari. Banyak isotop lain yang berjaya disintesis. Polonium melebur pada suhu 254 °C (sekitar 489 °F), mendidih pada suhu 962 °C (sekitar 1764 °F), dan memiliki perincian graviti 9.3.

Disebabkan kebanyakan isotop Polonium tersepadu dari pemecahan zarah alfa bertenaga tinggi dalam jumlah besar dari unsur ini, ia merupakan sumber yang baik bagi sinaran alfa. Polonium

(24)

digunakan dalam ujikaji nuklear dengan unsur sepeti Berilium yang melepaskan neutron ketika ditembak zarah alfa. Dalam percetakan dan alat fotografi, polonium digunakan dalam alat yang mengionkan udara untuk menghilangkan kumpulan arus elektrostatik. Radioaktiviti yang besar dari unsur ini menyebabkan sinaran yang berbahaya bahkan pada sekumpulan kecil unsur Polonium.

Keupayaan penggunaan polonium sebagai pemanas dalam roketangkasa lepas sedang dalam penyelidikan.

Nama, simbol, nombor polonium, Po, 84

Siri kimia metaloid

Kumpulan, kala, blok 16, 6, p

Rupa keperakan

Jisim atom piawai (209) g·mol−1

Tatarajah elektron [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4

Elektron pada setiap petala 2, 8, 18, 32, 18, 6

Fasa pepejal

Ketumpatan (pada suhu bilik) (alfa) 9.196 g·cm−3

Ketumpatan (pada suhu bilik) (beta) 9.298 g·cm−3

Takat lebur 527 K

(254 °C, 489 °F)

Takat didih 1235 K

(962 °C, 1764 °F) Haba lakuran (kira-kira) 13 kJ·mol−1 Haba pengewapan 102.91 kJ·mol−1

(25)

Muatan haba tentu (25 °C) 26.4 J·mol−1·K−1 Tekanan wap P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T/K (846) 1003 1236 Sifat keatoman Keadaan pengoksidaan 4, 2 (oksida amfoterik)

Jejari atom 190 pm

Jejari atom terhitung 135 pm

Lain-lain Sifat magnet tak bermagnet

Kerintangan elektrik (0 °C) (α) 0.40 µΩ·m Kekonduksian terma (300 K) ? 20 W·m−1·K−1 Pengembangan terma (25 °C) 23.5 µm·m−1·K−1

Isotop-isotop terpilih Rencana utama: Isotop polonium

208 Po syn 2.898 thn α 5.215 204Pb ε, β+ 1.401 208Bi 209 Po syn 103 thn α 4.979 205Pb ε, β+ 1.893 209Bi 210 Po syn 138.376 h α 5.407 206Pb

(26)

h) ASTATIN

Astatin adalah sejenis unsur bukan logam bersimbol At dan nombor atom 85. Ia mungkin berkeadaan pepejal hitam yang radioaktif dalam sirihalogen yang wujud secara semula jadi.

(27)

Litar bersepadu (bahasa Inggeris: integrated circuit (IC) ) kadangkala disebut sebagai litar

mikro, mikrocip @ cip mikro adalah cip nipis, biasanya 1 sm2 atau lebih nipis, mempunyai

beribu atau berjuta perkakasan semikonduktor saling bersambung, kebanyakannyatransistor, termasuk juga komponen pasif seperti perintang. Litar bersepadu paling maju

adalah mikropemproses, yang mengendali semua perkara dari komputer kepada telefon

selular kepada ketuhar mikrogelombang. Cip ingatan komputer adalah keluarga cip bersepadu

yang amat penting dalam masyarakat moden. Ia juga dikenali sebagai Litar Terkamil.Geoffrey W.A. Dummer, seorang ahli sainsradar di Kementerian Pertahanan Kerajaan British

merupakan pencetus idea untuk "litar elektrik sepadu" pada 7 Mei1952. Pada tahun 1956, beliau cuba membina litar tersebut, tetapi malangnya tidak berjaya dalam pelaksanaannya. Litar bersepadu yang pertama dihasilkan pada 6 Februari1959 oleh Jack Kilby daripada syarikat Texas Instruments. Pada masa itu, litar itu diperbuat daripada germanium. Kilby menerima paten untuk ciptaannya, iaitu US3138743, US3138747, US3261081, dan

US3434015. Robert Noyce dari syarikat Fairchild Semiconductor pula telah dianugerahkan hak cipta asal (paten) pada 25 April1961 untuk sebuah unit litar bersepadu yang lebih kompleks yang diperbuat daripada silikon.

Terdapat beberapa jenis dan generasi litar bersepadu:

 Penyepaduan skala kecil (SSI)

 Penyepaduan skala pertengahan (MSI)

 Penyepaduan skala besar (LSI)

 Penyepaduan skala sangat besar (VLSI)

 Penyepaduan skala ultra besar (ULSI)

 Penyepaduan skala wafer (WSI)

(28)

(29)

Penghasilan folio ini telah melibatkan pelbagai pihak sama ada secara langsung atau tidak langsung. Oleh itu saya mengambil kesempatan ini untuk mengucapkan jutaan terima kasih kepada pihak-pihak tersebut. Terima kasih diucapkan kepada ibu bapa saya kerana telah membantu saya untuk mencari maklumat-maklumat yang berkaitan dengan tajuk yang telah diterima. Selain itu saya ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa orang rakan saya kerana membantu saya dengan cara memberi panduan bagaimana hendak membuat folio ini kerana kebetulannya pada waktu tersebut saya dan beberapa orang pelajar tidak hadir atas sebab-sebab yang tertentu. Akhir sekali saya ingin mengucapkan terima kasih kepada guru kimia saya iaitu Encik Shahrul Hisyam bin Ramli kerana dia juga membantu saya memberi panduan mengenai penghasilan folio ini. Kerjasama, pengorbanan dan mereka semua amat dihargai.

(30)

 DIGUNAKAN DI DALAM VAKSIN

 MIKROCIP BIONIK = MENGGANTIKAN FUNGSI RETINA

(31)

 DIGUNAKAN OLEH NASA = PROJEK APOLLO