IBM Master Inventor Lukas Czornomaz: Van 8-Jarige Circuit Bouwer tot Pioneering Hybrid CMOS Technologie

National Inventors' Day eer de briljantie van uitvinders wereldwijd. Bij IBM Research Zürich, spraken we met Master Inventor Lukas Czornomaz over zijn carrière en de octrooien die zijn impact definiëren.

Lukas Czornomaz en Veeresh Deshpande nemen de Best Student Paper Award van de IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology mee naar huis

Lukas Czornomaz gespecialiseerd in semiconductor technologie en leidt onderzoeksprojecten in Advanced CMOS, Photonics en RF/mm-Wave voor Internet-of-Things. Hij behaalde recent de Best Student Paper Award op de IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology en de 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award voor de eerste InGaAs/SiGe CMOS circuits op silicium substraten gebruikmakend van 300mm-wafer processen compatibel met hoge-volume productie. Zijn portefeuille omvat nu tot 35 octrooien over CMOS, photonica, non-volatile memories, neuromorfische computing en sensoren.

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

Lukas Czornomaz (LC): Ik werk aan CPUs - de centrale verwerkingseenheden die fungeren als de hersenen van een computer. CPUs omvatten miljarden transistors die aan en uit schakelen, en hun prestaties hangen af van het aantal en de snelheid van deze switches. Stromefficiëntie is even kritiek; excessieve stroom kan de chip beschadigen.

Wat betreft grootte, presteren kleinere transistors beter?

LC: Decennialang was het krimpen van transistors de primaire weg naar snellere, dichtere en meer stroom-efficiënte CPUs. Echter, silicium schaling heeft fundamentele limieten geraakt: kleinere transistors garanderen niet langer snellere schakeling of betere stromefficiëntie zonder trade-offs. Wij moeten nu nadenken over hoe we prestatiewinst bereiken.

Uw werk richt zich op het losbreken van puur silicium om het schaalprobleem aan te pakken.

LC: Precies. Ons team verkent III-V halfgeleiders - elementen uit kolommen III en V van het periodieke systeem. Deze materialen bieden superieure lading-drager mobiliteit, wat elektronen in staat stelt om met veel hogere snelheden te reizen dan in silicium. Dit kan de operatieve spanning halveren, het stroomverbruik met een factor vier reduceren terwijl prestaties behouden blijven.

Wat hebben jullie tot nu toe ontdekt?

LC: Over vijf jaar lieten wij zien dat hybride integratie van InGaAs/SiGe een haalbaar pad is om de power-prestatie ratio te verbeteren jenseits de 7nm node. Wij combineerden selectieve groei van hoogwaardige InGaAs op silicium, fabricatie van InGaAs en SiGe FinFETs, en verwerking van functionele 6T-SRAM cellen - allemaal op een enkel platform.

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

LC: Wij anticiperen tenminste een 25% prestatieboost bij dezelfde stroom, of een 50% stroomreductie bij dezelfde prestaties. In praktische termen zou dat de batterijlevensduur voor mobiele apparaten kunnen verdubbelen en nieuwe mogelijkheden ontgrendelen voor geavanceerde CMOS in IoT, RF en geïntegreerde photonica.

Hoeveel octrooien kwamen uit dit onderzoeksproject? Is er er eentje die uitsteekt?

LC: Ongeveer 15 octrooien werden verleend tijdens het project. Het meest significante is US 9,640,394, wat onze selectieve-epitaxie integratiemethode met lege oxide cavities beschermt - een echte paradigmashift voor co-integreren van uiteenlopende halfgeleiders op silicium.

Wat is de volgende stap?

LC: Hoewel wij de hybride oplossing's schaalbaarheid hebben bewezen, moeten wij ervoor zorgen dat de compound materialen kwaliteit behouden in massaproductie. Toekomstig werk zal focussen op het maken van de technologie produceerbaar en het verkennen van RF communicatie en geïntegreerde fotonische apparaten voor IoT.

Vertel ons iets over uzelf dat heel weinig mensen weten.

(LC): Ik bouwde mijn eerste elektronische circuit op achtjarige leeftijd, en na 20 jaar ontwierp ik een geïntegreerde circuit op silicium vanaf de grond op met de meest geavanceerde beschikbare technologie.

Lukas Czornomaz en twee andere IBM Master Inventors discusseren de betekenis van de rol: