Treffen Sie den IBM Erfinder, der um 8 Uhr seinen ersten Schaltkreis baute

Nationaler Erfindertag ist ein Tag, um Erfinder und ihr Genie zu ehren. Im IBM Research Lab in Zürich ist die Liste der Erfinder lang, aber wir konnten einen Ihrer neu ernannten Master Inventors, Lukas Czornomaz, einholen, der über seinen Werdegang und einige der erteilten Patente spricht .

Lukas Czornomaz und Veeresh Deshpande, die den Best Student Paper Award des IEEE 2016 Syposium on VLSI Technology mit nach Hause nehmen

Lukas Czornomaz, Spezialist für Halbleitertechnologie und Projektleiter verschiedener Forschungs- und Industrieprojekte im Bereich Advanced CMOS, Photonics und RF/mm-Wave für Anwendungen im Kontext des Internet-of-Things.

Vor kurzem erhielt er den Best Student Paper Award des IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology sowie den 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award für die Demonstration der ersten Hybrid-Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)/Silicon-Geranium (SiGe) CMOS-Schaltungen auf Sillicon(Si ) Substrat unter Verwendung von Prozessen, die mit der Massenfertigung auf 300-mm-Wafern kompatibel sind. Er hält bis zu 35 Patente in den Bereichen CMOS, Photonik, nichtflüchtige Speicher, neuromorphes Computing und Sensoren.

Könnten Sie uns die Technologie, die Sie entwickeln, einfach erklären?

Lukas Corzornmaz (LC) :Ich arbeite an CPUs, den zentralen Recheneinheiten von Computern, die allgemein als das „Gehirn“ des Computers bekannt sind. CPUs bestehen aus Milliarden von Transistoren, die als Schalter fungieren, und die Leistung dieses "Gehirns" ist direkt mit der Anzahl der Schalter auf einer Einheit und deren Geschwindigkeit verbunden. Auch die Energieeffizienz ist ein wichtiges Element – ​​sie ist ein Indikator für die Leistung im Verhältnis zum Stromverbrauch. Zu viel Leistung könnte den Chip schmelzen.

Sind kleinere Transistoren in Bezug auf die Größe besser?

LC: Jahrzehntelang war die Strategie bei der Entwicklung der nächsten CPU-Generation immer dieselbe:die Transistoren kleiner machen. Je kleiner sie sind, desto schneller und desto mehr passt auf einen Chip. Außerdem verbrauchen sie weniger Strom. Dieser Ansatz hat sich jedoch in den letzten 10 Jahren geändert, da die Skalierung von Siliziumtransistoren an einige Grenzen gestoßen ist. Kleinere Siliziumtransistoren werden nicht unbedingt schneller, noch können wir ihre Energieeffizienz verbessern, ohne die Schaltgeschwindigkeit zu beeinträchtigen. Wir hatten also keine andere Wahl, als über den Tellerrand hinauszudenken, um kleinere Transistoren mit erhöhter Leistung und geringem Stromverbrauch zu bauen.

Ihre Arbeit zielt darauf ab, sich von der Verwendung von reinem Silizium zu lösen, um das Skalierungsproblem zu umgehen.

LC: Ja das ist richtig. Unser Forschungsteam untersucht III-V-Halbleiter als Ersatz für Silizium. III-V-Halbleiter bestehen aus chemischen Elementen der Spalten III und V des Periodensystems. Wir wissen seit mehr als 30 Jahren, dass III-V-Materialien theoretisch bessere Transporteigenschaften haben und sich Elektronen in III-V-Materialien mit einer viel höheren Geschwindigkeit bewegen als in Silizium. Es würde eine Reduzierung der Betriebsspannung um den Faktor zwei ermöglichen, was einer Reduzierung des Stromverbrauchs um den Faktor vier entspricht, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Was hast du bisher entdeckt?

LC: Nach fünfjähriger Forschung konnten wir zeigen, dass die hybride Integration der chemischen Verbindung Indium-Gallium-Arsenid/Silikon-Geranium (InGaAs/SiGe) ein zuverlässiger Weg ist, das Leistungs-/Leistungsverhältnis für digitale Technologien jenseits der 7nm . weiter zu verbessern Knoten. Wir haben im Wesentlichen drei Schlüsselfunktionen in einer einzigen Technologie kombiniert:selektives Wachstum hochwertiger InGaAs-Regionen auf Si, die Herstellung von InGaAs- und SiGe-FinFets und die Verarbeitung funktionaler 6T-SRAM-Zellen.

Aber was bedeutet das alles? Hat diese Hybridtechnologie wirkliche Vorteile?

LC: Wir erwarten von dieser neuartigen Technologie eine Leistungssteigerung von mindestens 25 Prozent bei gleichem Stromverbrauch oder eine Teilung des Stromverbrauchs durch zwei bei gleicher Leistung. Mit anderen Worten, die Akkulaufzeit beispielsweise eines Mobilgeräts zu verdoppeln. Die gemeinsame Integration von InGaAs- und SiGe-MOSFETs für die fortschrittliche CMOS-Technologie bietet eindeutig ein großes Potenzial.

Wie viele Patente sind aus diesem Forschungsprojekt hervorgegangen? Gibt es einen, der auffällt?

LC: Während des Projekts wurden ungefähr 15 Patente erteilt, die viele Aspekte der von uns entwickelten Technologie schützen. Meiner Meinung nach ist das Patent US 9,640,394 das bedeutendste, da es unser InGaAs-Integrationsverfahren durch selektive Epitaxie in leeren Oxidhohlräumen schützt. Dieses Patent weist auf einen echten Paradigmenwechsel für die Integration verschiedener Halbleitertypen auf einer Si-Plattform hin.

Wie geht es weiter?

LC: Obwohl wir bewiesen haben, dass unsere Hybridlösung funktioniert und skalierbar ist, gibt es noch viel zu tun und viele Herausforderungen zu meistern. Die große Frage ist, ob die von uns verwendeten Verbundmaterialien ihre Qualität in der Massenproduktion halten können. In diesem Sinne werden wir unsere Forschung auch weiterhin darauf verwenden, diese Technologie serienreif zu machen. Wir werden auch andere Anwendungen für zukünftige Internet-of-Things-Technologien untersuchen, nämlich HF-Kommunikation und integrierte photonische Geräte mit Si-CMOS.

Erzählen Sie uns etwas über sich, das nur sehr wenige Menschen wissen.

(LC): Meine erste elektronische Schaltung baute ich im Alter von acht Jahren und ich brauchte 20 Jahre, um meine eigene integrierte Schaltung auf Si herzustellen. Aber ich habe es vom ersten Atom an gemacht und mit einer der fortschrittlichsten existierenden Technologien!

Lukas Czornomaz und zwei weitere IBM Master Inventors sprechen über die Bedeutung der Rolle: