Maak kennis met de IBM-uitvinder die zijn eerste circuit bouwde om 8 uur

Nationale Uitvindersdag is een dag om uitvinders en hun genialiteit te eren. In het IBM Research Lab in Zürich is de lijst met uitvinders lang, maar we hebben een van uw nieuw benoemde meesteruitvinders, Lukas Czornomaz, kunnen spreken over zijn carrière en enkele van de patenten die onderweg zijn verleend .

Lukas Czornomaz en Veeresh Deshpande, winnaar van de Best Student Paper Award van het IEEE 2016 Syposium on VLSI Technology

Lukas Czornomaz, gespecialiseerd in halfgeleidertechnologie en is de projectleider van verschillende onderzoeks- en industriële projecten op het gebied van Advanced CMOS, Photonics en RF/mm-Wave voor toepassingen in de context van Internet-of-Things.

Hij ontving onlangs de Best Student Paper Award van het IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology en de Compound Semiconductor Industry Innovation Award 2017 voor het demonstreren van de eerste Hybrid Indium gallium arsenide (InGaAs)/Sillicon-geranium (SiGe) CMOS Circuits op Sillicon (Si ) substraat met behulp van processen die compatibel zijn met productie van grote volumes op 300 mm-wafels. Hij heeft tot 35 patenten op het gebied van CMOS, fotonica, niet-vluchtige geheugens, neuromorfe computers en sensoren.

Kunt u ons een eenvoudige uitleg geven van de technologie die u ontwikkelt?

Lukas Corzornmaz (LC) :Ik werk aan CPU's, de centrale verwerkingseenheden van computers, die algemeen bekend staan ​​als het 'brein' van de computer. CPU's bestaan ​​uit miljarden transistors die functioneren als schakelaars, en de prestaties van dit 'brein' zijn direct gekoppeld aan het aantal schakelaars op een unit en hoe snel ze zijn. Energie-efficiëntie is ook een belangrijk element - het is een indicator van de prestaties in relatie tot het stroomverbruik. Te veel stroom kan de chip doen smelten.

Als het op grootte aankomt, presteren kleinere transistors dan beter?

LC: Decennia lang was de strategie voor het ontwikkelen van de volgende generatie CPU's altijd dezelfde:maak de transistors kleiner. Hoe kleiner ze zijn, hoe sneller en hoe meer er op een chip past. Bovendien verbruiken ze minder stroom. Maar deze benadering is de afgelopen 10 jaar veranderd omdat het schalen van siliciumtransistors een aantal limieten heeft bereikt. Kleinere siliciumtransistors worden niet per se sneller, en we kunnen hun energie-efficiëntie ook niet verbeteren zonder de schakelsnelheid in gevaar te brengen. We hadden dus geen andere keuze dan out-of-the-box te denken om kleinere transistors te bouwen met betere prestaties en een laag stroomverbruik.

Uw werk is bedoeld om te breken met het gebruik van puur silicium om het schaalprobleem te omzeilen.

LC: Ja dat is correct. Ons onderzoeksteam onderzoekt III-V-halfgeleiders als vervanging voor silicium. III-V halfgeleiders bestaan ​​uit chemische elementen uit kolommen III en V van het periodiek systeem. We weten al meer dan 30 jaar dat III-V-materialen in theorie intrinsiek betere transporteigenschappen hebben en dat elektronen met een veel hogere snelheid reizen in III-V-materialen dan in silicium. Het zou een verlaging van de bedrijfsspanning met een factor twee mogelijk maken, wat overeenkomt met een verlaging van het stroomverbruik met een factor vier zonder afbreuk te doen aan de prestaties.

Wat heb je tot nu toe ontdekt?

LC: Na vijf jaar onderzoek hebben we kunnen aantonen dat hybride integratie van de chemische verbinding Indium-galliumarsenide/Sillicon-geranium (InGaAs/SiGe) een betrouwbare weg vooruit is naar een verdere verbetering van de vermogen-/prestatieverhouding voor digitale technologieën voorbij de 7nm knooppunt. We hebben in feite drie belangrijke functies gecombineerd in één enkele technologie:selectieve groei van hoogwaardige InGaAs-regio's op Si, de fabricage van InGaAs- en SiGe-finFets en de verwerking van functionele 6T-SRAM-cellen.

Maar wat betekent het allemaal? Zijn er echte voordelen aan deze hybride technologie?

LC: We verwachten dat deze nieuwe technologie een prestatieverbetering van ten minste 25 procent mogelijk maakt bij hetzelfde stroomverbruik, of een deling van het stroomverbruik door twee bij dezelfde prestaties. Met andere woorden, een verdubbeling van de batterijduur van bijvoorbeeld een mobiel apparaat. Het is duidelijk dat er een groot potentieel is in de co-integratie van InGaAs en SiGe MOSFET's voor geavanceerde CMOS-technologie.

Hoeveel patenten zijn er uit dit onderzoeksproject voortgekomen? Is er een die opvalt?

LC: Tijdens het project werden ongeveer 15 patenten verleend, waarmee veel aspecten van de door ons ontwikkelde technologie werden beschermd. Naar mijn mening is octrooi US 9.640.394 het meest significant omdat het onze InGaAs-integratiemethode beschermt door selectieve epitaxie in lege oxideholten. Dit patent duidt op een echte paradigmaverschuiving voor de integratie van verschillende soorten halfgeleiders op een Si-platform.

Wat nu?

LC: Hoewel we hebben aangetoond dat onze hybride oplossing werkt en schaalbaar is, is er nog veel werk aan de winkel en moeten we veel uitdagingen overwinnen. De grote vraag is of de samengestelde materialen die we gebruiken hun kwaliteit in massaproductie kunnen handhaven. In dit verband zullen we ons onderzoek blijven wijden aan het productieklaar maken van deze technologie. We zullen ook andere toepassingen voor toekomstige Internet-of-Things-technologieën onderzoeken, namelijk RF-communicatie en geïntegreerde fotonische apparaten met Si CMOS.

Vertel ons iets over jezelf dat maar heel weinig mensen weten.

(LC): Ik bouwde mijn eerste elektronische schakeling op achtjarige leeftijd en het kostte me 20 jaar om mijn eigen geïntegreerde schakeling op Si te maken. Maar ik heb het gemaakt van het eerste atoom en met een van de meest geavanceerde bestaande technologieën!

Lukas Czornomaz en twee andere IBM Master Inventors praten over wat de rol betekent: