NOBEL Fisika 2000 untuk Perintis Rangkaian Terpadu dan  Opto-Elektronika 

Pembuatan Keramik Barium Titanat untuk Peralatan Elektronik
 

Audio Sampling

Penemuan Rangkaian Terpadu

 Inovasi yang dilakukan oleh Kilby memang diakui dan dikagumi oleh banyak pakar yang terlibat dalam riset dasar semikonduktor, bahan utama untuk pembuatan berbagai jenis komponen elektronik, diantaranya IC. Kilby mengembangkan IC generasi pertama pada tahun 1958. Untuk ukuran sekarang, IC hasil inovasi Kilby di Texas Instruments itu memang bisa digolongkan sudah usang, dan kini sudah menjadi penghuni museum. Rangkaian terpadu sederhana yang pertama kali dibikin itu hanya terdiri atas satu transistor dan komponen lain yang dikemas dalam sepotong lembaran germanium (Ge) dengan ukuran 7/16 x 1/16 inchi. 

 Jack S. Kilby sendiri semula tidak menyangka kalau IC rancangannya bakal menjadi tonggak yang sangat menentukan bagi sejarah perkembangan komputer, elektronika serta perangkat telekomunikasi di kurun waktu berikutnya. Kini kita menyaksikan kemajuan yang amat pesat dalam teknologi komputer, telekomunikasi dan telematika. Kemajuan teknologi ini ternyata telah mengubah berbagai aspek kehidupan umat manusia saat ini. 

 Komponen elektronik IC  dikembangkan pula oleh Robert N. Noyce yang kala itu bekerja di Laboratorium Fairchild. Noyce mengembangkan IC secara terpisah dalam waktu yang hampir bersamaan dengan Kilby. Noyce yang kemudian mendirikan perusahaan elektronik Intel Corporation dan kini termasuk perusahaan raksasa dalam pembuatan chip komputer, telah meninggal dunia sejak 1990 lalu. Banyak ilmuwan mengatakan bahwa seandainya Noyce masih hidup, bisa jadi ia akan bergabung bersama Kilby untuk memperoleh hadiah Nobel. 

 Nama Jack. S. Kilby kini diabadikan menjadi nama salah satu laboratorium utama Texas Instruments (The Kilby Centre) yang selama ini telah menghasilkan 30 paten. Sebelum meraih Nobel fisika 2000, Kilby pernah dianugerahi National Medal of Science dan National Inventors Hall of Fame oleh Pemerintah AS. 

 Terpilihnya Kilby sebagai Nobelis Fisika 2000 tentu menambah pamor Texas Instruments, perusahaan tempat di mana ia sebelumnya bekerja dan berkarya. Selama ini, perusahaan itu memang sudah sangat mashur di kalangan industri chip mikroprosesor. Texas Instruments merupakan perusahaan pembuat chip yang menguasai sekitar setengah dari pasar mikroprosesor dunia pada tahun 1999. Berada di peringkat kedua adalah Lucent Technology Inc. yang menguasai sekitar seperempat pasaran chip dunia. Sisanya masing-masing 10 persen pasar  dikuasai oleh Motorola Inc. dan Analog.

Komponen Heterostruktur

 Herbert Kroemer yang kini berusia 72 tahun adalah fisikawan dari Universitas California di Santa Barbara, Amerika Serikat. Lahir tahun 1928 di Jerman dan memperoleh gelar doktor fisika pada tahun 1952 dari Universitas Gottingen. Sebagai ahli teknik komputer, beliau semula bekerja di RCA Laboratories dan Varian Associates di Polo Alto, California, AS. Profesi terakhirnya adalah sebagai guru besar di Universitas Colorado dan Universitas California.

 Zhores I. Alferov   telah lama terlibat dalam pengembangan semikonduktor heterostruktur III-V. Beliau terlibat aktif dalam riset pengembangan laser, sel surya, Light Emitting Diode (LED) serta proses perancangan semikonduktor heterostruktur moderen. Lahir di Vitebsk, White Rusia, pada tahun 1930, Alferov yang kini berusia 70 tahun meraih gelar doktor fisika dan matematika tahun 1970 dari AF Ioffe Physico-Technical Institute di St. Petersburg, Leningrad, Rusia. Sejak tahun 1987 beliau menjadi direktur di lembaga riset tersebut. 

 Perkembangan teknologi informasi melaju semakin kencang berkat penelitian Alferov dan Kroemer. Mereka bersinergi mengembangkan chip heterostruktur berbasis laser semikonduktor. Komponen heterostruktur yang meraka kembangkan itu kini merupakan komponen elektronik yang disisipkan pada hampir semua perangkat yang berbasis sinar laser, seperti Compact Disc (CD), telepon seluler, satelit dan serat optik. Tanpa komponen heterostruktur, tidak akan ada produk elektronik bernama CD-player maupun CD lainnya. Aplikasi lainnya adalah dalam sistim pembacaan bar-code, misal membaca nama barang serta harga pada saat kita berbelanja, dan langsung menampilkan data pada layar monitor serta mencetaknya pada nota daftar belanja secara otomatis. 

Bermula Dari Fisika

 Luasnya penggunaan komputer, serta hadirnya berbagai jenis produk telekomunikasi dan barang elektronik lainnya bermula dari hasil jerih payah penelitian yang dilakukan para fisikawan, terutama mereka yang terlibat langsung dalam penelitian dan pengembangan teknologi semikonduktor. Melalui teknologi inilah aliran-aliran elektron dalam chip semikonduktor dapat dimanfaatkan untuk mengolah, menyimpan dan mengantarkan data serta informasi melalui sandi-sandi digital. 

Perkembangan Komputer

 Kemudahan muncul dengan ditemukannya transistor, komponen elektronik berukuran kecil yang bekerjanya memanfaatkan aliran muatan (elektron) di dalam zat padat kristalin. Transistor mempunyai sifat lebih ringan, lebih kuat dan tahan lama dibandingkan teknologi tabung. Komponen elektronik ini mulai dikembangkan pada tahun 1948 Oleh Shockley dan kawan-kawan di Bell Telephone Company, AS, dan mulai digunakan di dalam komputer pada akhir tahun 1950-an. Inilah komputer generasi kedua, diperkenalkan antara tahun 1958 sampai dengan tahun 1963. Ciri-cirinya adalah : sudah menggunakan transistor, memorinya relatif kecil atau rendah, kecepatan mengolah datanya lebih tinggi dibandingkan generasi sebelumnya, kebutuhan untuk pemanasannya tidak terlalu tinggi, serta ukuran fisiknya lebih kecil dibandingkan generasi sebelumnya.  Masuk dalam kelompok ini adalah : IBM 1401, IBM 7090 dan ILLIAC-11. 
 Pada tahun 1960, produk elektronik masih didominasi oleh radio, tape dan televisi yang telah menggunakan transistor. Pada saat itulah Kilby sedang mengembangkan IC. Tidak lama kemudian, IC rancangan Kilby menggusur penggunaan transistor dan menjadi komponen utama dalam komputer. Inilah komputer generasi ketiga yang diperkenalkan antara tahun 1963 sampai dengan tahun 1971. Ciri dari komputer generasi ini adalah : menggunakan Monolitic Integrated Circuit (MIC) dan Large Scale Integration (LSI), mempunyai memori lebih besar, bekerjanya lebih cepat, serta ukuran fisiknya lebih kecil dibandingkan generasi pendahulunya. Masuk dalam generasi ini adalah IBM 390. 

 Penyempurnaan teknologi IC terus berlanjut. Ide yang semula terlahir dari pemikiran Kilby itu dalam kurun waktu berikutnya terus mengalami penyempurnaan melalui kerja keras ribuan insinyur terbaik dunia, dan hadirlah teknologi chip seperti yang kita saksikan saat ini. Dampak dari perkembangan tersebut adalah hadirnya komputer-komputer dalam bentuk yang lebih cerdas, bekerja lebih cepat dan handal, mempunyai kapasitas memori yang sangat besar serta keunggulan-keunggulan lainnya, meski bentuk maupun volumenya justru semakin kecil. Inilah komputer generasi keempat yang diperkenalkan antara tahun 1971 sampai dengan sekarang. Di dalam komputer ini telah menggunakan Metal Oxide Semiconductor (MOS). Masuk dalam kelompok ini adalah komputer-komputer produksi BMC, IBM dan Apple yang kini beredar di pasaran. 

Proses Miniaturisasi

 Komponen IC yang pertama kali lahir 40 tahun lalu memang lebih hebat dibandingkan teknologi tabung vakum maupun transistor, walaupun IC yang pertama kali dibuat itu sangat kasar dan besar. Di dalamnya hanya terdapat beberapa gerbang dan transistor. Kini dengan ukuran yang lebih kecil dan halus, sebuah prosesor bisa memadukan kerja dari jutaan transistor, seperti pada chip komputer terbaru Intel Pentium III atau Athlon dari Advance Micro Devices. 

 Proses miniaturisasi komputer beserta produk elektronik lainnya tentu tidak dapat terlepas dari peran IC. Dalam komponen ini, sejumlah sirkuit elektronik yang berbeda-beda dapat ditempatkan atau dipasang secara langsung pada potongan lapisan-lapisan tipis bahan semikonduktor seperti silikon. Pembuatan wafer elektronik itu dilakukan secara kimia melalui suatu proses yang mengkombinasikan etsa dan fotografi. Hasilnya adalah sebuah rangkaian sirkuit yang sangat kecil (berukuran mikron) yang tersusun pada lapisan silikon, yang dapat memproses sejumlah besar informasi. Sirkuit pada lapisan silikon dihubungkan satu sama lain, dan siap melakukan tugas dalam komputer sesuai dengan yang diharapkan. 

Peran yang Meluas

 Dalam penelitian dasar, banyak perhitungan detil dalam fisika yang terlalu rumit untuk dipecahkan. Untuk mengatasi masalah ini, para fisikawan mulai melirik pada simulasi super komputer. Para ahli fisika yang menaruh minat pada kromodinamika kuantum sejak permulaan tahun 1980-an mulai mendisain super komputer paralel untuk menyelesaikan berbagai perhitungan fisika secara cepat. Komputer paralel yang dikembangkan para peneliti serta industri memiliki banyak sekali prosesor sehingga dapat bekerja serentak menyelesaikan perhitungan yang sangat rumit. Dengan komputer ini para peneliti mampu menyelesaikan 6,5 milyar perhitungan per detik atau berkekuatan 6,5 gigaflop. 

 Para seniman atau designer dapat memanfaatkan komputer karena gambar dapat diubah atau disajikan dalam bentuk digit. Para arsitek dan perancang kota secara luas memanfaatkan kemampuan komputer untuk menggambar dalam bentuk tiga dimensi yang dapat ditampilkan dan dilihat dari berbagai arah. Para musisi juga telah mendapatkan cara dalam memanfaatkan komputer, baik untuk menulis, merekam maupun memainkan musik yang telah dikode secara digit. Semua informasi baik musik (suara) maupun gambar dapat direkam atau disimpan di dalam disk yang dapat dibaca ulang secara optis oleh laser. 

 Perkembangan teknologi mikroelektronika dan komputer yang sangat pesat beberapa dasawarsa terakhir ini juga telah memacu perkembangan peralatan perang moderen. Perkembangan teknik deteksi dengan radar yang semakin canggih diimbangi pula oleh peningkatan kemampuan mendisain perlengkapan perlindungan elektronik, khususnya bagi jet-jet tempur agar tidak mudah dideteksi oleh radar lawan. Dengan perkembangan teknologi mikroelektronika dimungkinkan membuat pelindung elektronik mini yang ditempatkan di luar pesawat.  Dengan rangkaian pengukur frekwensi langsung dapat dilakukan kalkulasi untuk mengetahui ancaman lawan hanya dalam waktu sepersejuta detik. 

 Teknologi mikroelektronika juga bakal dimanfaatkan dalam kendaraan pribadi dalam sistim navigasi berpemandu satelit. Teknologi multi media ternyata makin merasuk ke dunia otomotif. Diperkirakan di masa mendatang perusahaan-perusahaan mobil di Jepang akan melemparkan produknya sebanyak 1,6 juta mobil yang dilengkapi peralatan navigasi menggunakan sistim GPS (Global Positioning System). Dengan perlengkapan ini pengemudi akan lebih cepat mengakses peta dan petunjuk jalan dengan rinci dan akurat. 

 Saat ini, internet merupakan sarana komunikasi global yang dapat menghubungkan manusia di berbagai belahan bumi, sehingga seakan-akan jarak antar mereka menjadi sangat pendek.  Meluasnya penggunaan internet menjadikan komputer telah menjadi bagian integral dalam kehidupan umat manusia.

Chip pada telepon seluler juga telah mengubah kehidupan sehari-hari umat manusia di seluruh dunia. Bahkan kini teknologi chip yang mengoperasikan suatu pesawat telepon seluler juga dapat mengoperasikan kamera digital terbaru. Satu chip dapat mengatur milyaran data yang mengalir melewati jaringan telepon setiap detiknya. Chip super canggih ini disebut Digital Signal Processor (DSP). 

Berbagai kemudahan yang ditawarkan komputer tadi tentu tak dapat lepas dari hasil temuan ketiga pemenang Nobel Fisika 2000, yang oleh Royal Swedish Academy of Science dinilai mempercepat revolusi dalam bidang komunikasi. Mereka bertiga dinilai telah berjasa menemukan dan mengembangkan rangkaian terpadu (IC) serta prosesor semikonduktor heterostruktur yang menjadi komponen dasar dan memegang kunci dalam perkembangan teknologi komputer, informatika serta opto-elektronika (*)

Daftar Pustaka

1. ALEXANDER, G.S., Komputer Pribadi, Ilmu Pengetahuan Populer, Vol. 9, Grolier International Inc./P.T. Widyadara (1997) hal. 247-250.
2. ANONIM, Pengantar Elektronika dan Mikroprosesor, Ilmu Pengetahuan Populer, Vol. 9, Grolier International Inc./P.T. Widyadara (1997) hal. 237-246.
3. Era Komersialisasi Bagi Nobel, Rubrik Ilmu dan Teknologi Majalah Gatra, 21 Oktober 2000, hal. 92.
4. HERMAN, A., The New Physics, the Route Into Atomic Age, International Bonn-bad Godesberg, Federal Republic of Germany (1979).
5. INGPEN, R. and WILKINSON, P., Encyclopedia of Ideas that Changed the World, The Greatest Discoveries and Inventions of Human History, A Dragon’s World Book, London (1995).
6. Nobel Fisika 2000 untuk ‘Pencipta’ IC dan Pengembang Opto-Elektronika, Republika, Senin 16 Oktober 2000, hal. 14.
7. SPROWLS, R.C., Komputer, Ilmu Pengetahuan Populer, Vol. 2, Grolier International Inc./P.T. Widyadara (1997) hal. 180-192.
8. TAYLOR, J.R. and  ZAFIRATOS, C.D., Modern Physics For Scientist and Engineers, Prentice Hall, Engelwood Cliffs, New Yersey 07632 (1991).

• Pembuatan Keramik Barium Titanat untuk Peralatan Elektronik
• Audio Sampling