IBM Master Inventor Lukas Czornomaz: Vom 8-Jährigen Schaltkreis-Bauer Zum Hybrid-CMOS-Pionier

National Inventors' Day ehrt die Brillanz von Erfindern weltweit. Bei IBM Research Zürich sprachen wir mit Master Inventor Lukas Czornomaz über seine Karriere und die Patente, die seinen Impact definieren.

Lukas Czornomaz und Veeresh Deshpande nehmen den Best Student Paper Award der IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology entgegen

Lukas Czornomaz spezialisiert sich auf Halbleitertechnologie und leitet Forschungsprojekte in Advanced CMOS, Photonics und RF/mm-Wave für Internet-of-Things. Er erhielt kürzlich den Best Student Paper Award bei der IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology und den 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award für die ersten InGaAs/SiGe CMOS-Schaltkreise auf Siliziumsubstraten mittels 300-mm-Wafer-Prozessen, kompatibel mit High-Volume-Manufacturing. Sein Portfolio umfasst nun bis zu 35 Patente across CMOS, Photonics, Non-Volatile Memories, Neuromorphic Computing und Sensoren.

Könnten Sie Eine Einfache Erklärung Der Technologie Geben, An Der Sie Arbeiten?

Lukas Czornomaz (LC): Ich arbeite an CPUs – den Central Processing Units, die als Gehirn eines Computers fungieren. CPUs umfassen Milliarden Transistoren, die an- und ausschalten, und ihre Performance hängt von Anzahl und Geschwindigkeit dieser Switches ab. Power Efficiency ist ebenso kritisch; übermäßige Leistung kann den Chip beschädigen.

Bei Größe: Führen Kleinere Transistoren Zu Besserer Performance?

LC: Jahrzehntelang war Schrumpfen von Transistoren der primäre Pfad zu schnelleren, dichteren und energieeffizienteren CPUs. Doch Silizium-Skalierung hat fundamentale Limits erreicht: Kleinere Transistoren garantieren nicht mehr schnelleres Schalten oder bessere Power Efficiency ohne Trade-offs. Wir müssen nun neu denken, wie wir Performance-Gewinne erreichen.

Ihre Arbeit Zielt Darauf Ab, Sich Vom Reinen Silizium Zu Lösen, Um Das Skalierungsproblem Zu Adressieren.

LC: Genau. Unser Team erforscht III-V-Halbleiter – Elemente aus Gruppen III und V des Periodensystems. Diese Materialien bieten überlegene Ladungsträgerbeweglichkeit, was Elektronen erlaubt, bei viel höheren Geschwindigkeiten als in Silizium zu reisen. Dies kann die Betriebsspannung halbieren und den Stromverbrauch um Faktor vier reduzieren bei Erhalt der Performance.

Was Haben Sie Bisher Entdeckt?

LC: Über fünf Jahre demonstrierten wir, dass hybride Integration von InGaAs/SiGe ein viable Pfad ist, um das Power-Performance-Ratio jenseits des 7-nm-Knotens zu verbessern. Wir kombinierten selektives Wachstum von hochwertigem InGaAs auf Silizium, Fertigung von InGaAs und SiGe FinFETs und Verarbeitung funktionaler 6T-SRAM-Zellen – alles auf einer einzelnen Plattform.

Aber Was Bedeutet Das Alles? Gibt Es Reale Vorteile Dieser Hybrid-Technologie?

LC: Wir erwarten mindestens 25 % Performance-Boost bei gleicher Leistung, oder 50 % Leistungsreduktion bei gleicher Performance. In praktischen Begriffen: Das könnte Akkulaufzeit für Mobile Devices verdoppeln und neue Möglichkeiten für Advanced CMOS in IoT, RF und integrierter Photonik erschließen.

Wie Viele Patente Kamen Aus Diesem Forschungsprojekt? Gibt Es Eines, Das Herausragt?

LC: Etwa 15 Patente wurden während des Projekts gewährt. Das signifikanteste ist US 9,640,394, das unsere selektive-Epitaxie-Integrationsmethode mittels leerer Oxidkavitäten schützt – ein echter Paradigmenwechsel für Co-Integration disparater Halbleiter auf Silizium.

Was Kommt Als Nächstes?

LC: Obwohl wir die Skalierbarkeit der Hybrid-Lösung bewiesen haben, müssen wir sicherstellen, dass die Compound-Materialien Qualität in Massenproduktion behalten. Zukünftige Arbeit fokussiert auf Manufacturability der Technologie und Erkundung von RF-Kommunikation und integrierten photonischen Devices für IoT.

Erzählen Sie Etwas Über Sich, Das Sehr Wenige Leute Wissen.

(LC): Ich baute meine erste elektronische Schaltung mit acht, und nach 20 Jahren designte ich einen integrierten Schaltkreis auf Silizium from the ground up mit der fortschrittlichsten verfügbaren Technologie.

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