IBM-Forscher nehmen Innovationspreis für Halbleiterforschung mit nach Hause

IBM-Wissenschaftler wurden mit dem Compound Semiconductor Industry Innovation Award 2017 ausgezeichnet. Die Anerkennung ist das Ergebnis von fünf Jahren Forschung des in Zürich ansässigen IBM-Teams, das sich darauf konzentriert, Materialien mit hoher Mobilität in der Silizium-CMOS-Technologie zu verwenden, um unter 7 Nanometer (nm) zu skalieren.

Betrachten Sie die Technologiekette von mobilen Geräten über das Internet der Dinge bis hin zur Cloud und alles dazwischen. Es gibt einen großen Kompromiss zwischen Leistung und Leistung, was zu einer verkürzten Batterielebensdauer und Energieproblemen führt. IBM-Wissenschaftler glauben, dass sie die Antworten haben könnten, die sich in drei Worten zusammenfassen lassen:Skalierung und neue Materialien.

Die Krönung des Siegerteams von IBM war die erste Demonstration einer Indium-Gallium-Arsenid-(InGaAs)/Silizium-Germanium-(SiGe)-CMOS-Technologie auf einem Silizium-(Si)-Substrat unter Verwendung von Prozessen, die für die Massenfertigung auf 300-mm-Wafern geeignet sind. Die InGaAs/SiGe-Hybridintegration ist einer der Hauptwege, um eine weitere Verbesserung der Leistungs-/Leistungs-Trade-off-Metriken für digitale Technologien über den 7-nm-Knoten hinaus zu ermöglichen. Basierend auf selektiver Epitaxie führte ihr Ansatz zu funktionalen Invertern und dichten Arrays von 6T-SRAMs, den Grundblöcken digitaler CMOS-Schaltungen.

Dr. Lukas Czornomaz, einer der leitenden Wissenschaftler mit Fokus auf diese Forschung bei IBM, sagte:„Diese neuartige Technologie soll bei gleichem Stromverbrauch eine um 25 % bessere Leistung ermöglichen oder die Akkulaufzeit von Mobilgeräten bei gleichbleibender Leistung verdoppeln. ”

Nehmen Sie @LCzornomaz auf der @CS_Conference vor. Er präsentiert die Hybrid IIIV/SiGe-Technologie für CMOS über https://t.co/iUiqSDPqJr pic.twitter.com/G2e0fOTDid

— IBM Research (@IBMResearch) 25. Februar 2016

Diese Arbeit – eine einzigartige Arbeit – wurde auf der letzten VLSI-Technologiekonferenz vorgestellt. Es schließt eine Reihe wichtiger Demonstrationen für InGaAs/SiGe-CMOS ab, über die in mehreren Beiträgen und Höhepunkten der letzten vier Jahre bei IEDM-Meetings und VLSI-Technologiesymposien berichtet wurde. Der technologische Engpass besteht seit vielen Jahren darin, einen Weg aufzuzeigen, der gleichzeitig das Wachstum hochwertiger InGaAs-Kristalle, die Herstellung von Hochleistungs-InGaAs-Feldeffekttransistoren „auf Isolator“ und deren Co-Processing mit SiGe-Bauelementen auf einem Siliziumsubstrat ermöglicht .

Obwohl einige Ansätze vorgeschlagen wurden, ist die siegreiche Arbeit des IBM-Teams die einzige, die grundlegende Bausteine ​​digitaler Schaltungen in relevanten Dimensionen berichtet und einen wichtigen Meilenstein in Richtung einer herstellbaren hybriden InGaAs/SiGe-CMOS-Technologie erreicht. Es basiert auf drei Schlüsselmerkmalen in einer einzigen Technologie:dem selektiven Wachstum hochwertiger InGaAs-auf-Isolator-Regionen, der Herstellung von InGaAs-FinFETs mit einer physikalischen Gatelänge von Lg =35 nm mit guten Geräteeigenschaften und der Verarbeitung von funktionalen 6T- SRAM-Zellen mit einer Zellfläche ≈0,4µm2.

Es unterstreicht deutlich das Potenzial der nominierten Arbeit als Methode der Wahl zur gemeinsamen Integration von InGaAs- und SiGe-MOSFETs für die fortschrittliche CMOS-Technologie. Es öffnet auch die Tür zu zukünftigen kostengünstigen HF- oder photonischen Schaltungen, die auf ähnlichen hybriden III-V-Siliziumtechnologien basieren.

„Obwohl noch viel zu tun ist, haben wir gezeigt, dass unser Design funktioniert und herstellbar ist“, sagte Dr. Czornomaz.

Kein Wunder, dass das Team den begehrten Preis gewonnen hat.

In Zukunft wird das Team die Entwicklung dieser Technologie in Richtung Fertigung weiter unterstützen und ihre Anwendung auf integrierte HF-Kommunikation und integrierte photonische Geräte mit Si-CMOS für zukünftige Internet-of-Things-Technologien untersuchen.

Diese Arbeit wurde von der Europäischen Union im Rahmen der Grant Agreements Nr. 619325 (FP7-ICT-COMPOSE3),  Nr. 619326 (FP7-ICT-III-V-MOS) und Nr. 628523 (FP7-IEF-FACIT) gefördert.