Tim Penelitian IBM Raih Penghargaan Inovasi 2017 untuk Teknologi CMOS InGaAs/SiGe Pionir
Ilmuwan IBM di Zurich telah dihormati dengan 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award, yang menghormati lima tahun penelitian terobosan yang mengintegrasikan bahan mobilitas tinggi ke dalam CMOS silikon untuk menskalakan perangkat di bawah 7 nm.
Di seluruh spektrum—dari ponsel seluler hingga Internet of Things hingga infrastruktur cloud—ada tegangannya yang berkelanjutan antara konsumsi daya dan kinerja. Tim IBM mengusulkan solusi yang berpusat pada dua pilar: skalabilitas node teknologi dan adopsi bahan baru, bergerak tinggi.
Pekerjaan yang mendapatkan penghargaan adalah demonstrasi pertama dari proses CMOS Indium Gallium Arsenide (InGaAs)/Silicon-Germanium (SiGe) pada substrat silikon (Si) menggunakan fabrikasi skala wafer 300 mm yang cocok untuk produksi volume tinggi. Integrasi hibrid ini menawarkan jalur yang jelas untuk meningkatkan trade-off daya/kinerja untuk sirkuit digital di luar node 7 nm.
Memanfaatkan epitaksi selektif, tim menghasilkan invertor fungsional dan array SRAM 6 transistor yang padat—komponen inti CMOS digital—langsung pada silikon. Dr. Lukas Czornomaz, ilmuwan utama proyek, menjelaskan: “Teknologi ini diharapkan dapat memberikan kinerja 25% lebih baik pada daya yang sama, atau menggandakan umur baterai perangkat seluler sambil mempertahankan kinerja.”
Diungkapkan pada konferensi VLSI Technology terbaru, pencapaian pertama dalam jenis ini ini mengikuti serangkaian demonstrasi kunci yang disajikan pada rapat IEDM dan VLSI Symposium selama empat tahun terakhir. Tantangan inti—menumbuhkan kristal InGaAs berkualitas tinggi secara bersamaan, memproduksi transistor efek medan InGaAs berkinerja tinggi pada insulator, dan mengintegrasikannya dengan perangkat SiGe pada satu wafer silikon—telah diatasi.
Berbeda dengan pendekatan sebelumnya, solusi IBM menyediakan blok pembangunan dasar sirkuit digital pada dimensi yang relevan dan menandai tonggak besar menuju teknologi CMOS hibrid InGaAs/SiGe yang dapat diproduksi. Metode ini bergantung pada tiga inovasi kunci: pertumbuhan selektif wilayah InGaAs-on-Insulator berkualitas tinggi, pembuatan finFET InGaAs dengan panjang gerbang fisik (Lg) 35 nm dan kinerja perangkat yang kuat, dan pemrosesan sel SRAM 6 transistor fungsional dengan luas sekitar 0,4 µm².
Di luar logika digital, teknologi ini membuka jalan untuk sirkuit RF dan fotonik dengan biaya rendah yang menggabungkan bahan III-V dengan CMOS CMOS—prospek menarik untuk perangkat IoT generasi berikutnya.
“Sementara masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, kami telah mendemonstrasikan bahwa desain kami berfungsi dan dapat diproduksi,” kata Dr. Czornomaz.
Maju ke depan, tim akan terus menyempurnakan teknologi untuk produksi massal dan menjelajahi aplikasinya dalam komunikasi RF terintegrasi dan perangkat fotonik bersama dengan CMOS silikon.
Penelitian ini didanai oleh Uni Eropa di bawah Perjanjian Hibah No. 619325 (FP7-ICT-COMPOSE3), No. 619326 (FP7-ICT-III-V-MOS), dan No. 628523 (FP7-IEF-FACIT).
