Oleh : Mohd Faizal Bin Aziz
 
Sejarah awal
 
Saiz mikro dalam siri pengukuran menunjukkan nilai satu per sejuta (10-6). Satu mikrometer bersamaan dengan satu persejuta meter atau pun boleh disebut satu dibahagi sejuta meter. Saiz nano pula menunjukkan nilai yang lebih kecil iaitu satu per bilion (10-9) . Contoh paling mudah ialah satu nano gram ( 1 n g ) bersamaan dengan satu per bilion gram. Ini bermakna saiz mikro adalah 1000 kali lebih besar dibandingkan dengan saiz nano dan sebaliknya.

Di dalam dunia elektronik kita mengenali komponen yang dinamakan mikrocip yang bermaksud di dalam cip elektronik tersebut terdapat ribuan bahkan jutaan komponen kecil transistor bersaiz mikro. Jika teknologi elektronik ini berubah dari mikroelektronik  ke nanoelektronik ini bererti komponen-komponen transistor yang digunakan di dalamnya mempunyai saiz nano (10-9) dan telah mencapai suatu tahap yang dinamakan molekular iaitu bahagian jirim terkecil dari suatu unit bahan.

            Sekitar tahun 1920-an, suatu penemuan menggemparkan dalam bidang fizik telah diperkenalkan di beberapa pusat penyelidikan fizik di Heidelberg, Gottingen German dan Copenhagen Denmark. Penemuan yang dimaksudkan ialah mengenai kuantum mekanik dan juga dikenali dengan nama kuantum fizik yang dipelopori oleh Max Planck dan Albert Einstein. Seterusnya ia telah dikembangkan oleh genius-genius fizik selepas itu yang terdiri daripada Neils Bohr, Ervin Schrodinger, Max Born, Werner Heisenberg dan lain-lain.

Penemuan ini secara ringkasnya ialah perubahan teori yang difahami saintis-saintis sebelumnya yang menyatakan bahawa zarah bergerak secara selanjar kepada teori zarah sebenarnya bergerak dalam bentuk diskrit dan ia mempunyai kedua-dua sifat zarah dan gelombang.  Penemuan ini menggoncang saintis dan ahli fizik lain yang telah meyakini teori pergerakan zarah beratus tahun dahulu semenjak zaman Newton. Di suatu sudut lain ekoran penemuan teori kuantum ini ialah kemunculan bidang fizik keadaan pepejal yang diperkenalkan oleh F.Seitz dan fizik semikonduktor oleh J.Bardeen di Amerika dan W.B Shockley di Britain pada tahun 1940-an.

            Kemajuan penyelidikan dalam bidang fizik secara berterusan membolehkan saintis menyelidiki dan menemui berbagai sifat elektrik bahan keadaan pepejal. Dari penyelidikan-penyelidikan ini jugalah saintis menemukan bahan yang bersifat separa konduktor dan separa penebat yang lebih dikenali dengan nama semikonduktor. Penemuan semikonduktor kemudiannya disusuli pula dengan ciptaan komponen elektronik yang terkenal dan merevolusi seluruh kehidupan manusia pada hari ini iaitu transistor menggantikan tiub vakuum pada awalnya. Transistor ini dapat dihubungkan dengan jaringan litar elektronik sebagai komponen terpisah ataupun bersepadu dalam suatu cip.

Pada tahun 1958, dua jurutera terkenal dari dua syarikat yang berbeza iaitu Jack Kilby, di Texas Instrument dan Robert Noyce dari Fairchild memperkenalkan idea penghasilan jaringan litar elektronik bersepadu monolitik yang lebih dikenali dengan nama litar bersepadu ( integrated circuit). Kemajuan bidang mikroelektronik ini menemukan transistor sebagai komponen penting dalam menghasilkan komputer berkuasa tinggi melalui satu litar bersepadu yang mempunyai jutaan komponen transistor di dalamnya.

Pengecilan saiz
 
Pelbagai produk-produk elektronik yang hadir dalam hidup kita termasuk komputer, televisyen, perakam video kaset, peralatan telekomunikasi dan sebagainya hasil dari perkembangan penyelidikan dan pembangunan teknologi mikroelektronik. Namun begitu teknologi mikroelektronik bukan sahaja membentangkan produk canggih yang sofistikated, malah ia menampilkan bentuk dan ukuran yang semakin lama semakin mengecil dengan prestasi yang lebih berkuasa. 

Contoh ketara dalam kehidupan kita hari ini ialah dengan munculnya komputer riba dan juga telefon bimbit. Komputer yang dihasilkan dengan gabungan rangkaian-rangkaian elektronik seperti logik, memori dan sistem angka binari direka oleh J. Presper Eckert dan John W. Mauchly pada tahun 1942 diberi nama ABC ( Atonosoff-Berry Computer). Satu unit komputer ini berukuran sebuah ruang tamu dan diletakkan di dalam bilik khas dan unit pemprosesannya menggunakan 18 ribu unit tiub vakum.

Komputer elektronik generasi pertama yang dikenali dengan nama ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer) dibangunkan pada zaman perang dunia kedua dan digunakan dalam pengiraan jarak peluru berpandu yang dilancarkan dalam kegiatan ketenteraan. Perubahan penting dalam dunia elektronik muncul pada tahun 1940-an dimana fungsi tiub vakum yang digunakan dalam perkakas elektronik dan ketenteraan pada waktu itu digantikan dengan penggunaan transistor yang dihasilkan dari bahan semikonduktor. Penggunaan transistor berkembang pesat di awal tahun 1970-an menggantikan tiub vakum disebabkan fungsinya yang jauh lebih baik berbanding penggunaan tiub vakum. Antara kelebihan-kelebihan tersebut ialah;

-         bahan untuk menghasilkan transistor mudah didapati dengan kos yang murah
-         menggunakan tenaga yang lebih rendah
-         boleh berfungsi pada suhu biasa dan tidak perlu dipanaskan terlebih dahulu seperti tiub vakum
-         saiz lebih kecil
-         mempunyai ketahanan yang tinggi dalam tempoh waktu yang lama

Komputer generasi kedua yang menggunakan transistor ialah IBM 1401 yang dilancarkan oleh IBM pada tahun 1959. Kemunculan teknologi litar bersepadu telah memacu penggunaan transistor seterusnya mewujudkan perlumbaan membina komputer yang lebih berkuasa tinggi dengan pelancaran komputer generasi ketiga oleh IBM menggunakan sistem 360. Komputer ini menggunakan litar bersepadu dengan teknologi Large Scale Integration ( LSI ) seterusnya meningkat kepada Very Large Scale Integration ( VLSI ).

Pada tahun 1971, MITS Inc. melancarkan komputer pertama mereka yang dinamakan ALTAIR  yang menggunakan mikroprocessor Intel 8080. Komputer elektronik selanjutnya dikembangkan dengan menggunakan mikroprocessor yang lebih kecil saiznya yang berkeupayaan tinggi dengan penggunaan bekalan kuasa yang rendah. Pengaruh kemajuan pesat dalam bidang microelektronik telah mengubah wajah dan lanskap teknologi telekomunikasi dan automotif seluruh dunia.

Selain komputer,  ciptaan alat telekomunikasi berupa telefon bimbit yang semakin hari semakin canggih seakan-akan tidak pernah terhenti penyelidikan dan pembangunannya hasil dari revolusi tenologi mikroelektronik ini. Saban hari kita melihat pelbagai produk yang muncul dengan bentuk dan saiznya yang semakin mengecil dan terus mengecil dengan keupayaannya yang meningkat dan berprestasi tinggi. Pengecilan saiz gajet terpenting dalam kehidupan seharian ini didukung oleh kemampuan para pencipta dan penyelidik mengintegrasikan pelbagai komponen baru yang ukurannya jauh lebih kecil seperti mikrocip dengan kemampuannya yang meningkat seiring dengan perubahan semasa. Kini telefon mudah alih pelbagai fungsi ini mudah dibawa ke mana-mana sahaja.
 
Era Nanoteknologi
 
Perkembangan teknologi telah membolehkan bidang elektronik melonjak dari saiz mikro ke saiz nano yang membawa maksud komponen elektronik akan datang dapat dihasilkan dalam ukuran seribu kali lebih kecil dari generasi mikroelektronik sebelumnya. Pada awal tahun 1990-an, Dr. Rohrer yang menemukan ciptaan ’Tunneling Electron Microscope ‘ dan juga penerima anugerah nobel dalam bidang fizik pada tahun 1986, meramalkan bahawa mikroelektronik akan beralih arah kepada nanoelektronik serta kuantum dot dalam masa yang terdekat. Prof. Petel selaku presiden UCLA pula meramalkan bahawa teknologi fotonik akan menggantikan mikroelektronik di awal abad 21 manakala Richard P. Feynman pada tahun 1959 menyatakan bahawa teknologi nano ini akan mengambil tempat pada abad 21. 

Para perintis nanoteknologi iaitu bidang baru dalam teknologi pengecilan saiz bahan dan komponen telah melihat kemungkinan penggunaan bahan berukuran molekul dalam menghasilkan komponen elektronik pada masa hadapan. Dalam teknologi ini, litar-litar elektronik akan mengalami pengecilan sehingga lebih kecil dari garis pusat sehelai rambut malah lebih kecil dari diameter sel darah manusia. Ukuran saiz transistor pada masa akan datang akan menjadi terlalu kecil yang dinamakan kuantum dot.
Pada bulan Mei tahun 1988 dalam satu persidangan mikroelektronik di Pittsburg University, K. Eric Drexler seorang pakar komputer dari Stanford University, Amerika Syarikat telah mengemukakan cadangan pengembangan nanoteknologi pada masa akan datang. Teknologi ini dilihat berdasarkan kemampuan teknologi peralatan terkini menghasilkan peranti elektronik sehingga mencapai tahap ukuran bersaiz atom. Drexler melihat bahawa makhluk hidup yang berupa sel-sel darah dalam badan manusia merupakan bukti penting adanya nanoteknologi. Beliau menghuraikan kemungkinan mencipta komponen atau pun peranti bersaiz molekul yang berfungsi lengkap sebagaimana molekul dari protein yang menjalankan fungsinya dalam tubuh manusia. Beliau juga meramalkan bahawa zaman nanoteknologi ini akan mendominasi abad 21.

Peralihan teknologi dari mikro ke nano ini sudah semestinya memberikan kesan yang signifikan dalam rekabentuk sistem komputer. Molekul-molekul akan dihimpun sehingga membentuk komponen elektronik yang mampu menjalankan tugas-tugas tertentu. Satu keajaiban baru dalam teknologi akan tercipta sekiranya para saintis berupaya menghasilkan nanokomputer yang berupaya berada di suatu perkakas yang bersaiz mikro. Nanokomputer ini mampu bekerja ratusan ribu kali lebih pantas berbanding mikrokomputer elektronik yang ada pada masa kini.

Penyelidikan yang kini dijalankan oleh saintis ialah mengembangkan kaedah-kaedah penggantian bahan protein terhadap molekul, peralatan logik dan memori serta struktur lain yang ada dalam komputer pada masa kini. Jacob Hanker, profesor penyelidik dari University of North Carolina, telah berjaya menghasilkan komponen semikonduktor menggunakan bahan bio.

Peranti-peranti elektronik yang juga dikenali dengan nama kuantum elektronik ini akan memiliki kemampuan mengolah data yang jauh lebih besar dalam sistem komputer. Teknologi kuantum ini akan akan mampu menembusi had dan garisan sempadan yang memisahkan teknologi mikroelektronik pada masa kini. Gergasi pengeluar komputer terkenal di dunia, IBM kini sedang giat melakukan penyelidikan mengenai kuantum komputer yang akan meninggalkan dunia mikrokomputer hasil revolusi mikroelektronik sekiranya ia berjaya dilancarkan. Teknologi terbaru ini dijangka akan mengubah sistem jaringan telekomunikasi di abad ini dengan ciri-ciri terbarunya seperti bersaiz kecil dengan ketahanan yang tinggi, pantas, kawalan secara automatik, pelbagai fungsi serentak yang pintar, penggunaan tenaga yang optimum dan yang lebih penting ialah mesra alam.

Catatan :// Artikel ini muncul dalam Dewan Kosmik April 2007

Share on Facebook