Conheça o IBM Inventor que construiu seu primeiro circuito em 8

Dia Nacional dos Inventores é um dia para homenagear os inventores e seu gênio. No IBM Research Lab em Zurique, a lista de inventores é longa, mas conseguimos acompanhar um de seus recém-nomeados Master Inventors, Lukas Czornomaz, que fala sobre sua carreira e algumas das patentes que foram concedidas ao longo do caminho .

Lukas Czornomaz e Veeresh Deshpande, levando para casa o Best Student Paper Award do IEEE 2016 Syposium on VLSI Technology

Lukas Czornomaz, é especialista em tecnologia de semicondutores e é o líder de projetos de várias pesquisas e projetos industriais no campo de CMOS Avançado, Fotônica e RF / mm-Wave para aplicações no contexto da Internet das Coisas.

Recentemente, ele recebeu o Prêmio de Melhor Trabalho de Aluno do Simpósio IEEE 2016 sobre Tecnologia VLSI, bem como o Prêmio de Inovação da Indústria de Semicondutores Composto 2017 por demonstrar o primeiro Arseneto de Gálio Híbrido de Índio (InGaAs) / Sillicon-Geranium (SiGe) Circuitos CMOS em Sillicon (Si ) substrato usando processos compatíveis com a fabricação de alto volume em wafers de 300 mm. Ele possui até 35 patentes nas áreas de CMOS, fotônica, memórias não voláteis, computação neuromórfica e sensores.

Você poderia nos dar uma explicação simples sobre a tecnologia que está desenvolvendo?

Lukas Corzornmaz (LC) :Estou trabalhando em CPUs, as unidades centrais de processamento de computadores, que são comumente conhecidas como o ‘cérebro’ do computador. CPUs consistem em bilhões de transistores que funcionam como interruptores, e o desempenho deste 'cérebro' está diretamente ligado ao número de interruptores em uma unidade e a sua velocidade. A eficiência energética também é um elemento importante - é um indicador de desempenho em relação ao consumo de energia. Muita energia pode derreter o chip.

Quando se trata de tamanho, os transistores menores têm melhor desempenho?

LC: Durante décadas, a estratégia para desenvolver a próxima geração de CPUs foi sempre a mesma:tornar os transistores menores. Quanto menores eles forem, mais rápido e mais caberá em um chip. Além disso, eles consomem menos energia. Mas essa abordagem mudou nos últimos 10 anos porque o dimensionamento dos transistores de silício atingiu alguns limites. Transistores de silício menores não ficam necessariamente mais rápidos, nem podemos melhorar sua eficiência de energia sem comprometer a velocidade de comutação. Portanto, não tivemos escolha a não ser pensar fora da caixa para construir transistores menores com maior desempenho e baixo consumo de energia.

Seu trabalho visa romper com o uso de silício puro para contornar o problema de dimensionamento.

LC: Sim esta correto. Nossa equipe de pesquisa está investigando semicondutores III-V como substitutos do silício. Os semicondutores III-V consistem em elementos químicos das colunas III e V da tabela periódica. Sabemos há mais de 30 anos que, em teoria, os materiais III-V têm propriedades de transporte intrinsecamente melhores e que os elétrons viajam a uma velocidade muito maior em materiais III-V do que no silício. Isso permitiria uma redução da tensão de operação por um fator de dois, o que corresponde a uma redução do consumo de energia por um fator de quatro, sem comprometer o desempenho.

O que você descobriu até agora?

LC: Após cinco anos de pesquisa, fomos capazes de demonstrar que a integração híbrida do composto químico arseniato de gálio e índio / silício-gerânio (InGaAs / SiGe) é um caminho confiável para melhorar ainda mais a relação potência / desempenho para tecnologias digitais além de 7 nm nó. Basicamente, combinamos três características principais em uma única tecnologia:crescimento seletivo de regiões InGaAs de alta qualidade em Si, a fabricação de InGaAs e SiGe finFets e o processamento de células 6T-SRAM funcionais.

Mas o que tudo isso significa? Existem vantagens reais nesta tecnologia híbrida?

LC: Esperamos que essa nova tecnologia permita um aumento de pelo menos 25% no desempenho com o mesmo consumo de energia, ou uma divisão do consumo de energia por dois com o mesmo desempenho. Em outras palavras, dobrando a duração da bateria de, digamos, um dispositivo móvel. Claramente, há um grande potencial na co-integração de MOSFETs InGaAs e SiGe para tecnologia CMOS avançada.

Quantas patentes resultaram deste projeto de pesquisa? Há algum que se destaque?

LC: Aproximadamente 15 patentes foram concedidas durante o projeto, protegendo muitos aspectos da tecnologia que desenvolvemos. Em minha opinião, a patente US 9.640.394 é a mais significativa porque protege nosso método de integração InGaAs por epitaxia seletiva em cavidades de óxido vazias. Esta patente indica uma mudança de paradigma real para a integração de vários tipos de semicondutores em uma plataforma de Si.

O que vem a seguir?

LC: Embora tenhamos demonstrado que nossa solução híbrida funciona e é escalonável, ainda há muito trabalho a fazer e muitos desafios a superar. A grande questão é se os materiais compostos que usamos podem manter sua qualidade na produção em massa. Por isso, continuaremos a dedicar nossa pesquisa para tornar essa tecnologia pronta para a manufatura. Também exploraremos outras aplicações para futuras tecnologias de Internet das Coisas, nomeadamente comunicação RF e dispositivos fotônicos integrados com Si CMOS.

Conte-nos algo sobre você que poucas pessoas saibam.

(LC): Construí meu primeiro circuito eletrônico aos oito anos de idade e levei 20 anos para fazer meu próprio circuito integrado no Si. Mas, eu fiz isso a partir do primeiro átomo, e com uma das tecnologias mais avançadas existentes!

Lukas Czornomaz e dois outros IBM Master Inventors falam sobre o que a função significa: