IBM Forschungsteam Gewinnt 2017 Innovation Award Für Pionierhafte InGaAs/SiGe CMOS-Technologie

IBM-Wissenschaftler in Zürich wurden mit dem 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award geehrt, der fünf Jahre bahnbrechender Forschung würdigt, die hochmobile Materialien in Silizium-CMOS integriert, um Devices unter 7 nm zu skalieren.

Über das Spektrum – von Mobiltelefonen bis Internet of Things bis Cloud-Infrastruktur – besteht eine persistente Spannung zwischen Stromverbrauch und Performance. IBMs Team schlägt eine Lösung vor, zentriert auf zwei Pfeilern: Skalierung Technologieknoten und Adoption neuer, hochmobiler Materialien.

Die preisgekrönte Arbeit ist die erste Demonstration eines Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)/Silizium-Germanium (SiGe) CMOS-Prozesses auf Silizium (Si) Substrat mittels 300-mm-Wafer-Skalen-Fertigung, geeignet für High-Volume-Produktion. Diese Hybrid-Integration bietet einen klaren Pfad zur Verbesserung des Power/Performance-Trade-offs für digitale Schaltkreise jenseits des 7-nm-Knotens.

Mittels selektiver Epitaxie produzierte das Team funktionale Inverter und dichte 6-Transistor-SRAM-Arrays – Kernkomponenten digitaler CMOS – direkt auf Silizium. Dr. Lukas Czornomaz, Lead Scientist am Projekt, erklärte: „Diese Technologie wird erwartet, 25 % bessere Performance bei gleicher Leistung zu liefern, oder die Akkulaufzeit mobiler Geräte zu verdoppeln bei Erhalt ihrer Performance.“

Join @LCzornomaz at @CS_Conference he presents Hybrid IIIV/SiGe technology for CMOS beyond https://t.co/iUiqSDPqJr pic.twitter.com/G2e0fOTDid

— IBM Research (@IBMResearch) February 25, 2016

Offenbart auf der jüngsten VLSI Technology Conference, folgt dieser First-of-its-kind Achievement einer Serie von Schlüsseldemonstrationen, präsentiert auf IEDM und VLSI Symposium Meetings über die letzten vier Jahre. Die Kernherausforderung – simultan hochwertige InGaAs-Kristalle wachsen, High-Performance InGaAs Feldeffekttransistoren auf Isolator fertigen und sie mit SiGe-Devices auf einem einzelnen Siliziumwafer integrieren – wurde überwunden.

Im Gegensatz zu früheren Ansätzen liefert IBMs Lösung die fundamentalen Bausteine digitaler Schaltkreise bei relevanten Dimensionen und markiert einen major Meilenstein Richtung manufacturable Hybrid InGaAs/SiGe CMOS Technologie. Die Methode basiert auf drei Schlüsselinnovationen: selektives Wachstum hochwertiger InGaAs-on-Insulator-Regionen, Fertigung von InGaAs FinFETs mit physischer Gate-Länge (L_g) von 35 nm und starker Device-Performance, und Verarbeitung funktionaler 6-Transistor-SRAM-Zellen mit Fläche von ca. 0,4 µm².

Jenseits digitaler Logik ebnet diese Technologie den Weg für Low-Cost RF und photonische Schaltkreise, die III-V-Materialien mit Silizium-CMOS kombinieren – ein attraktiver Prospect für Next-Gen Internet-of-Things Devices.

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

Vorwärts wird das Team die Technologie für Massenproduktion verfeinern und ihre Anwendung in integrierten RF-Kommunikations- und photonischen Devices neben Silizium-CMOS erkunden.

Diese Forschung wurde gefördert von der Europäischen Union unter Grant Agreements No. 619325 (FP7-ICT-COMPOSE3), No. 619326 (FP7-ICT-III-V-MOS), und No. 628523 (FP7-IEF-FACIT).