SURABAYA ( LENTERA ) - Peneliti China menemukan cara meningkatkan ketahanan material memori berbasis ferroelectric wurtzite hingga lebih dari 10 miliar siklus penulisan ulang. Terobosan ini menjawab salah satu persoalan utama teknologi memori generasi baru. Kehadiran material yang menjanjikan dari sisi kecepatan dan efisiensi, tetapi cepat mengalami kerusakan ketika digunakan berulang kali.
Penelitian tersebut dipimpin ilmuwan dari Xidian University dengan melibatkan peneliti dari City University of Hong Kong dan Fudan University. Hasilnya diterbitkan di jurnal Science pada September 2026 dengan fokus pada material aluminium scandium nitride atau AlScN, salah satu jenis wurtzite ferroelectric yang tengah dikembangkan untuk memori nonvolatil.
Angka 10 miliar menjadi penting karena perangkat berbasis material sejenis sebelumnya umumnya mengalami kegagalan setelah sekitar 100 juta siklus. Dengan kata lain, ketahanannya meningkat sekitar 100 kali dibandingkan angka tersebut.
Namun, yang dilakukan peneliti bukan sekadar membuat material lebih tebal atau mengurangi frekuensi penulisan. Mereka mencari sumber kerusakan pada skala atom dan menemukan peran penting kekosongan nitrogen, yakni cacat pada struktur kristal ketika posisi yang seharusnya ditempati atom nitrogen tidak terisi.
AlScN menarik perhatian karena memiliki sifat feroelektrik. Secara sederhana, material ini mempunyai polarisasi listrik yang dapat diarahkan ke keadaan berbeda dan dipertahankan. Perubahan keadaan tersebut kemudian dapat digunakan untuk merepresentasikan informasi.
Karakter seperti ini membuat wurtzite ferroelectric berpotensi digunakan sebagai memori nonvolatil. Data dapat dipertahankan meski sumber listrik dimatikan.
AlScN juga memiliki polarisasi tinggi dan dapat beralih keadaan dengan cepat. Selain itu, material ini menarik bagi industri semikonduktor karena berpotensi diintegrasikan dengan proses manufaktur yang sudah digunakan untuk chip.
Persoalannya adalah ketahanan.
Ketika material terus-menerus menerima tekanan listrik untuk mengubah keadaan polarisasinya, cacat pada struktur kristal dapat berkembang. Pada penelitian terbaru, para ilmuwan mengidentifikasi pengelompokan nitrogen vacancies serta migrasinya dalam jarak jauh sebagai salah satu mekanisme yang menyebabkan arus bocor meningkat dan akhirnya memicu kerusakan dielektrik.
Jika kerusakan tersebut terus berkembang, perangkat pada akhirnya dapat mengalami breakdown dan kehilangan kemampuan menyimpan data secara andal.
'Mengurung' Kekosongan Nitrogen
Untuk mengatasi persoalan tersebut, tim Xidian University mengembangkan struktur AlScN/AlN superlattice. Struktur ini dirancang agar pergerakan nitrogen vacancies dapat dibatasi secara spasial dan energetik.
Ibaratnya, peneliti tidak hanya memperkuat material setelah mengalami kerusakan, tetapi mencoba mencegah sumber kerusakan tersebut bergerak bebas sejak awal.
Mereka kemudian menggabungkan struktur tersebut dengan dynamic recovery protocol, atau mekanisme pemulihan dinamis.
Pendekatan ini membantu menstabilkan konfigurasi cacat di dalam material ketika perangkat mengalami tekanan listrik berulang.
Dengan mengendalikan evolusi cacat tersebut, peneliti dapat menekan peningkatan arus bocor, hard breakdown dan degradasi sifat feroelektrik.
Hasil pengujian menunjukkan perangkat mampu melewati 10 miliar atau 10¹⁰ siklus dengan kriteria complete switching. Artinya, angka tersebut bukan sekadar hasil dari perpindahan polarisasi sebagian. Perangkat tetap mempertahankan polarisasi sisa setidaknya 100 mikroCoulomb per sentimeter persegi dalam pengujian yang dilaporkan.
Pencapaian ini penting karena penelitian sebelumnya menunjukkan keterbatasan ketahanan wurtzite ferroelectric umumnya berada pada kisaran 10⁸ siklus.
Satu siklus dapat dipahami sebagai satu kali proses perubahan keadaan memori akibat operasi penulisan. Dalam perangkat yang terus-menerus menerima perintah write, jumlah siklus akan bertambah seiring waktu.
Semakin besar kemampuan sebuah material menahan siklus, semakin kecil kemungkinan performanya menurun hanya karena terlalu sering digunakan.
Angka 10 miliar memang sangat besar. Tetapi angka tersebut tidak berarti sebuah ponsel atau komputer yang menggunakan teknologi ini otomatis dapat digunakan selama ratusan tahun.
Daya tahan perangkat nyata dipengaruhi banyak faktor, termasuk temperatur, tegangan operasi, kualitas fabrikasi, ukuran perangkat, desain rangkaian dan kondisi penggunaan. Hasil 10 miliar siklus dalam penelitian laboratorium merupakan indikator ketahanan material dan perangkat uji, bukan jaminan umur sebuah produk konsumen.
Menariknya, capaian tersebut bukan satu-satunya penelitian pada 2026 yang menunjukkan AlScN mampu melewati ambang 10 miliar siklus.
Pada Januari 2026, penelitian dari University of Pennsylvania yang diterbitkan di Nature Communications juga melaporkan ketahanan lebih dari 10¹⁰ siklus pada kapasitor AlScN setebal 45 nanometer. Namun pendekatannya berbeda.
Tim tersebut menggunakan controlled partial switching, yakni mengendalikan perpindahan polarisasi secara parsial melalui modulasi tegangan. Dengan tidak selalu membalik polarisasi secara penuh, tekanan terhadap material dapat dikurangi. Pada kondisi complete polarization reversal, perangkat dalam penelitian itu bertahan sekitar 10⁸ siklus, sedangkan partial switching mampu melewati 10¹⁰ siklus.(far,ist/dya)
.jpg)