Temui Penemu IBM yang Membangun Sirkuit Pertamanya di 8

Hari Penemu Nasional adalah hari untuk menghormati para penemu dan kejeniusannya. Di IBM Research Lab di Zurich, daftar penemunya panjang, tetapi kami dapat mengejar ketinggalan dengan salah satu Penemu Utama Anda yang baru diangkat, Lukas Czornomaz, yang berbicara tentang kariernya dan beberapa paten yang diberikan selama ini .

Lukas Czornomaz dan Veeresh Deshpande, membawa pulang Best Student Paper Award dari IEEE 2016 Syposium on VLSI Technology

Lukas Czornomaz, berspesialisasi dalam teknologi semikonduktor dan merupakan pemimpin proyek untuk berbagai penelitian dan proyek industri di bidang CMOS Lanjutan, Fotonik, dan RF/mm-Wave untuk aplikasi dalam konteks Internet-of-Things.

Dia baru-baru ini menerima Best Student Paper Award dari IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology serta Compound Semiconductor Industry Innovation Award 2017 untuk mendemonstrasikan Hybrid Indium gallium arsenide (InGaAs)/ Sillicon-geranium (SiGe) CMOS Circuits pertama di Sillicon(Si ) substrat menggunakan proses yang kompatibel dengan manufaktur volume tinggi pada wafer 300 mm. Dia memegang hingga 35 paten di bidang CMOS, fotonik, memori non-volatil, komputasi neuromorfik, dan sensor.

Bisakah Anda memberi kami penjelasan sederhana tentang teknologi yang Anda kembangkan?

Lukas Corzornmaz (LC) :Saya sedang mengerjakan CPU, unit pemrosesan pusat komputer, yang umumnya dikenal sebagai 'otak' komputer. CPU terdiri dari miliaran transistor yang berfungsi sebagai sakelar, dan kinerja `otak' ini secara langsung terkait dengan jumlah sakelar pada suatu unit dan seberapa cepatnya. Efisiensi daya juga merupakan elemen penting – ini merupakan indikator kinerja dalam kaitannya dengan konsumsi daya. Terlalu banyak daya dapat melelehkan chip.

Dalam hal ukuran, apakah transistor yang lebih kecil berkinerja lebih baik?

LC: Selama beberapa dekade, strategi untuk mengembangkan CPU generasi berikutnya selalu sama:membuat transistor lebih kecil. Semakin kecil ukurannya, semakin cepat dan semakin banyak yang bisa Anda muat dalam sebuah chip. Plus, mereka mengkonsumsi lebih sedikit daya. Tetapi pendekatan ini telah berubah dalam 10 tahun terakhir karena penskalaan transistor silikon telah mencapai beberapa batas. Transistor silikon yang lebih kecil tidak selalu menjadi lebih cepat, kami juga tidak dapat meningkatkan efisiensi dayanya tanpa mengurangi kecepatan switching. Jadi, kami tidak punya pilihan selain berpikir di luar kebiasaan untuk membuat transistor yang lebih kecil dengan peningkatan kinerja dan konsumsi daya yang rendah.

Pekerjaan Anda bertujuan untuk melepaskan diri dari penggunaan silikon murni untuk mengatasi masalah penskalaan.

LC: Ya, itu benar. Tim peneliti kami sedang menyelidiki semikonduktor III-V sebagai pengganti silikon. Semikonduktor III-V terdiri dari unsur-unsur kimia dari kolom III dan V dari tabel periodik. Kami telah mengetahui selama lebih dari 30 tahun bahwa, secara teori, bahan III-V memiliki sifat transpor yang lebih baik secara intrinsik dan elektron bergerak dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi pada bahan III-V daripada di silikon. Ini akan memungkinkan pengurangan tegangan operasi dengan faktor dua, yang sesuai dengan pengurangan konsumsi daya dengan faktor empat tanpa mengorbankan kinerja.

Apa yang telah Anda temukan sejauh ini?

LC: Setelah lima tahun penelitian, kami telah mampu menunjukkan bahwa integrasi hibrida dari senyawa kimia Indium gallium arsenide/ Sillicon-geranium (InGaAs/SiGe) adalah jalan yang dapat diandalkan ke depan untuk lebih meningkatkan rasio daya/kinerja untuk teknologi digital di luar 7nm. simpul. Kami pada dasarnya menggabungkan tiga fitur utama dalam satu teknologi:pertumbuhan selektif region InGaAs berkualitas tinggi di Si, pembuatan finFets InGaAs dan SiGe, dan pemrosesan sel 6T-SRAM fungsional.

Tapi apa artinya semua itu? Apakah ada keuntungan nyata dari teknologi hibrida ini?

LC: Kami berharap teknologi baru ini memungkinkan setidaknya 25 persen peningkatan kinerja pada konsumsi daya yang sama, atau pembagian konsumsi daya dua pada kinerja yang sama. Dengan kata lain, menggandakan masa pakai baterai, katakanlah, perangkat seluler. Jelas, ada potensi besar dalam mengintegrasikan InGaAs dan SiGe MOSFET untuk teknologi CMOS canggih.

Berapa banyak paten yang dihasilkan dari proyek penelitian ini? Apakah ada yang menonjol?

LC: Sekitar 15 paten diberikan selama proyek berlangsung, melindungi banyak aspek teknologi yang kami kembangkan. Menurut pendapat saya, paten US 9.640,394 adalah yang paling signifikan karena melindungi metode integrasi InGaAs kami dengan epitaksi selektif dalam rongga oksida kosong. Paten ini menunjukkan pergeseran paradigma nyata untuk integrasi berbagai jenis semikonduktor pada platform Si.

Apa selanjutnya?

LC: Meskipun kami telah menunjukkan bahwa solusi hybrid kami berfungsi dan skalabel, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan dan banyak tantangan yang harus diatasi. Pertanyaan besarnya adalah apakah bahan kompon yang kami gunakan dapat mempertahankan kualitasnya dalam produksi massal. Pada catatan ini, kami akan terus mencurahkan penelitian kami untuk membuat teknologi ini siap untuk diproduksi. Kami juga akan mengeksplorasi aplikasi lain untuk teknologi Internet-of-Things masa depan, yaitu komunikasi RF dan perangkat fotonik terintegrasi dengan Si CMOS.

Ceritakan kepada kami sesuatu tentang diri Anda yang hanya sedikit orang yang tahu.

(LC): Saya membangun sirkuit elektronik pertama saya pada usia delapan tahun, dan saya membutuhkan waktu 20 tahun untuk membuat sirkuit terpadu saya sendiri di Si. Tapi, saya membuatnya dari atom pertama, dan dengan salah satu teknologi tercanggih yang ada!

Lukas Czornomaz dan dua Penemu Master IBM lainnya berbicara tentang arti peran tersebut: