IBM Onderzoeksteam Wint 2017 Innovatieprijs voor Pioneering InGaAs/SiGe CMOS Technologie

IBM wetenschappers in Zürich zijn geëerd met de 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award, die vijf jaar breekbaar onderzoek erkent dat hoog-mobiliteit materialen integreert in silicium CMOS om apparaten onder 7nm te schalen.

Over het spectrum - van mobiele telefoons tot Internet of Things tot cloud infrastructuur - bestaat een persistente spanning tussen stroomverbruik en prestaties. IBM's team stelt een oplossing voor gecentreerd op twee pilaren: technologie nodes schalen en het adopteren van nieuwe, hoog-mobiliteit materialen.

De award-winnende werk is de eerste demonstratie van een Indium Gallium Arsenide (InGaAs)/Silicon-Germanium (SiGe) CMOS proces op een silicium (Si) substraat gebruikmakend van 300mm wafer-schaal fabricatie geschikt voor hoge-volume productie. Deze hybride integratie biedt een duidelijk pad om de power/prestatie trade-off voor digitale circuits jenseits de 7nm node te verbeteren.

Benuttend selectieve epitaxie, produceerde het team functionele inverters en dichte 6-transistor SRAM arrays - kerncomponenten van digitale CMOS - direct op silicium. Dr. Lukas Czornomaz, een lead wetenschapper op het project, legde uit: "Deze technologie wordt verwacht 25% betere prestaties bij dezelfde stroom te leveren, of de batterijlevensduur van mobiele apparaten te verdubbelen terwijl hun prestaties behouden blijven."

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

Onthuld op de recente VLSI Technology conferentie, volgt deze eerste-van-zijn-soort prestatie een reeks cruciale demonstraties gepresenteerd op IEDM en VLSI Symposium bijeenkomsten de afgelopen vier jaar. De kernuitdaging - gelijktijdig hoogwaardige InGaAs kristallen kweken, high-performance InGaAs field-effect transistors op isolator fabriceren, en ze integreren met SiGe apparaten op een enkele silicium wafer - is overwonnen.

In tegenstelling tot eerdere benaderingen, levert IBM's oplossing de fundamentele bouwstenen van digitale circuits op relevante dimensies en markeert een grote mijlpaal naar een produceerbare hybride InGaAs/SiGe CMOS technologie. De methode berust op drie sleutelinnovaties: selectieve groei van hoogwaardige InGaAs-on-Insulator regio's, fabricatie van InGaAs finFETs met een fysieke gate lengte (L_g) van 35nm en sterke apparaatprestaties, en verwerking van functionele 6-transistor SRAM cellen met een oppervlakte van ongeveer 0,4µm².

Naast digitale logica, ebent deze technologie de weg voor laag-kost RF en fotonische circuits die III-V materialen combineren met silicium CMOS - een aantrekkelijk perspectief voor next-generation Internet-of-Things apparaten.

"Hoewel er nog veel werk te doen is, hebben wij gedemonstreerd dat ons ontwerp werkt en dat het produceerbaar is," zei Dr. Czornomaz.

Vooruitgaand, zal het team de technologie verder verfijnen voor massaproductie en de toepassing ervan verkennen in geïntegreerde RF communicatie en fotonische apparaten naast silicium CMOS.

Dit onderzoek werd gefinancierd door de Europese Unie onder Grant Agreements No. 619325 (FP7-ICT-COMPOSE3), No. 619326 (FP7-ICT-III-V-MOS), en No. 628523 (FP7-IEF-FACIT).