Filem Nipis Swa-Pasang untuk Industri Cip Termaju

Penulis: Dr. Norhayati Abu Bakar
Felo Penyelidik & Pensyarah Kanan
Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN)
Universiti Kebangsaan Malaysia

Permintaan terhadap penghasilan cip pintar berasaskan kecerdasan buatan semakin meningkat sejajar dengan evolusi teknologi ke atas mesin dan peranti elektronik bersaiz kecil, ringan dan murah. Perkembangan ini mendorong ke arah inovasi reka bentuk dan pembuatan cip dalam memenuhi gaya hidup moden pada masa kini bagi memudahkan urusan di pejabat, rumah dan hiburan untuk pengguna dari peringkat awam hingga profesional.

Kerajaan Malaysia menyahut perkembangan positif ini bagi memacu ekonomi negara dengan menyokong pakar-pakar dan pemain-pemain industri yang terlibat dalam penyelidikan, pembuatan, reka bentuk, ujikaji dan pemasangan cip kecerdasan buatan yang berprestasi tinggi. Berdasarkan Belanjawan 2026, kerajaan Malaysia memperuntukkan 200 juta untuk Dana Pelaburan Bersama Strategik dan 180 juta untuk Dana Pembangunan Industri Pelan Induk Perindustrian Baharu (NIMP) sebagai inisiatif menuju ke arah status negara maju berasaskan teknologi, inovasi dan kelestarian.

Namun begitu, Malaysia tidak boleh hanya bergantung kepada cip yang berasaskan silikon sahaja apabila memandang serius dalam industri pembuatan, reka bentuk, pemasangan dan ujikaji cip. Secara umumnya, kajian telah membuktikan kestabilan cip silikon adalah yang terbaik dari segi proses fabrikasi. Namun, terdapat pakar-pakar dan pemain-pemain industri secara global telah mengalih minat mendalam kepada pembangunan filem nipis di dalam sistem cip sebagai altenatif dalam menghadapi evolusi mesin dan peranti yang telah menuju ke arah peranti fleksibel yang bersifat ringan, lutsinar, nipis, boleh dilentur, boleh diregang dan murah. Dengan pembangunan filem nipis ini, cip tidak hanya dihasilkan di atas permukaan silikon pejal sahaja namun pada pelbagai permukaan sokongan atau substrat yang fleksibel dengan kebolehan yang boleh dibengkok, dilentur, dilipat dan dipintal tanpa merosakkan litar yang dipasang pada cip tersebut. Permukaan substrat fleksibel yang semakin banyak digunakan adalah seperti plastik, kaca ultra-nipis dan polimer. Rajah 1 menunjukkan contoh pembuatan cip yang berasaskan silikon dan cip fleksibel yang boleh dilenturkan.

Filem nipis ialah lapisan filem yang berketebalan maksimum 100 nm manakala bahan lapisan filem terdiri daripada salah satu atau gabungan bahan logam, semikonduktor, dielektrik, penebat atau organik. Bahan ini biasanya disediakan terlebih dahulu dalam bentuk serbuk, larutan atau pelet dan kemudian bahan tersebut disalutkan pada suatu permukaan yang pejal atau permukaan fleksibel yang kukuh untuk menyokong lapisan nipis bahan tersebut. Namun begitu, pemilihan bahan ini adalah bergantung kepada fungsi dan jenis peranti yang ingin dibina kerana melibatkan pengawalan gerakan zarah-zarah dalam bahan tersebut.

Proses fabrikasi yang akan digunakan dalam pembentukkan filem nipis di atas permukaan substrat juga merupakan faktor penting dalam pemilihan bahan yang ideal untuk pembangunan cip dan peranti. Hasil akhir dari pemilihan bahan dan proses fabrikasi ini menyumbang kepada struktur, morfologi atau keadaan permukaan filem yang terbentuk di atas permukaan substrat. Permukaan yang kasar atau licin, taburan yang teratur, seragam dan menutupi keseluruhan permukaan substrat memberikan impak kepada prestasi sifat fizik, elektrik, optik dan sifat-sifat lain sesebuah peranti. Berlandaskan ciri-ciri yang diperlukan dari pembentukkan filem nipis dalam menghasilkan prestasi cip dan peranti yang terbaik, satu proses fabrikasi atau penyediaan filem nipis yang biasa dipilih oleh para penyelidik adalah proses swa-pasang dari larutan.

Menariknya, pembentukkan filem nipis swa-pasang dari larutan boleh dimendapkan di atas pelbagai permukaan substrat pejal dan fleksibel. Proses ini berasaskan konsep bina sendiri dengan tidak melibatkan campur tangan dari manusia secara aktif dan tidak memerlukan peralatan fabrikasi yang canggih. Penyusunan molekul berdasarkan konsep bina sendiri memudahkan filem nipis dimendapkan di atas permukaan substrat yang lembut, boleh dilentur dan permukaan tidak hanya bersifat rata. Rajah 2 menunjukkan rajah skematik penyusunan atom atau molekul untuk pembentukkan filem nipis ke atas permukaan substrat yang rata dan pejal serta di atas permukaan substrat yang tidak rata dan fleksibel. Molekul-molekul di dalam larutan bahan akan cuba menyusun sendiri mengikut bentuk permukaan substrat tersebut secara teratur dan membentuk suatu entiti kukuh dan berfungsi.

Pembentukan filem ini bermula dengan merendamkan substrat di dalam larutan bahan, kemudian atom atau molekul bahan akan berinteraksi dengan ikatan pada tapak pemukaan substrat dan cuba mengisi setiap tapak-tapak ikatan yang ada di permukaan substrat. Proses interaksi antara molekul dan ikatan tapak ini menghasilkan suatu permukaan filem yang tersusun dengan seragam, padat dan taburan molekul memenuhi keseluruhan permukaan substrat dengan ikatan yang kuat dan kukuh. Setelah filem nipis lengkap terhasil pada pemukaan substrat, filem tersebut boleh dikeringkan dan bersedia disepadukan dengan proses pembungkusan dan seterusnya pembuatan cip yang menyumbang kepada pembangunan peranti untuk kegunaan dalam bidang kesihatan, perubatan, ketenteraan, komunikasi dan pengangkutan.

Idea dari Fenomena Tabii Alam Semulajadi

Konsep bina sendiri ini juga dapat difahami berdasarkan kejadian titisan hujan di atas daun, apabila titisan hujan ini menitis di atas permukaan daun. Setiap titisan air akan tersusun di atas daun, dan mengisi tempat kosong pada permukaan daun dengan menolak air hujan yang terjerat pada permukaan daun sehingga semua tapak pada permukaan daun diisi oleh titisan air dengan lengkap dan terikat kuat pada tapak permukaan daun tersebut. Kejadian spontan ini telah menghasilkan lapisan air hujan pada permukaan daun yang tersusun dengan tertib, rapat dan padat. Inspirasi dari kejadian tabii ini dalam proses pembentukkan filem nipis menguatkan lagi aspirasi kerajaan Malaysia dalam menyediakan perkhidmatan reka bentuk, pembungkusan, pemasangan dan ujikaji cip yang dijalankan sepenuhnya di Malaysia. Di samping itu, pembentukkan filem nipis swa-pasang ini mampu membantu Malaysia mencapai Pembangunan Matlamat Mampan (SDG) terutamanya SDG 8 yang menyokong kepada pekerjaan yang baik dan pertumbuhan ekonomi serta SDG 9 yang memfokuskan kepada industri, inovasi dan infrastruktur.