Mestre Inventor da IBM Lukas Czornomaz: De Construtor de Circuitos aos 8 Anos a Pioneiro em Tecnologia CMOS Híbrida

O Dia Nacional dos Inventores homenageia o brilhamento de inventores mundialmente. Na IBM Research Zurique, conversamos com o Mestre Inventor Lukas Czornomaz sobre sua carreira e as patentes que definem seu impacto.

Lukas Czornomaz e Veeresh Deshpande levam para casa o Prêmio de Melhor Artigo de Estudante do Simpósio IEEE 2016 sobre Tecnologia VLSI

Lukas Czornomaz é especialista em tecnologia de semicondutores e lidera projetos de pesquisa em CMOS Avançado, Fotônica e RF/mm-Wave para Internet das Coisas. Recentemente, conquistou o Prêmio de Melhor Artigo de Estudante no Simpósio IEEE 2016 sobre Tecnologia VLSI e o Prêmio de Inovação da Indústria de Semicondutores Compostos de 2017 pelos primeiros circuitos CMOS InGaAs/SiGe em substratos de silício usando processos de wafer de 300 mm compatíveis com fabricação de alto volume. Seu portfólio agora inclui até 35 patentes em CMOS, fotônica, memórias não voláteis, computação neuromórfica e sensores.

Poderia nos dar uma explicação simples da tecnologia que você está desenvolvendo?

Lukas Czornomaz (LC): Trabalho em CPUs — as unidades centrais de processamento que atuam como o cérebro de um computador. CPUs compreendem bilhões de transistores que ligam e desligam, e seu desempenho depende do número e velocidade desses interruptores. A eficiência energética é igualmente crítica; potência excessiva pode danificar o chip.

Quando se trata de tamanho, transistores menores performam melhor?

LC: Por décadas, encolher transistores foi o caminho principal para CPUs mais rápidas, densas e energeticamente eficientes. No entanto, o escalonamento de silício atingiu limites fundamentais: transistores menores não garantem mais comutação mais rápida ou melhor eficiência energética sem trade-offs. Agora precisamos repensar como alcançar ganhos de desempenho.

Seu trabalho visa romper com o silício puro para resolver o problema de escalonamento.

LC: Exatamente. Nossa equipe está explorando semicondutores III-V — elementos das colunas III e V da tabela periódica. Esses materiais oferecem mobilidade superior de portadores de carga, permitindo que elétrons viajem em velocidades muito maiores que no silício. Isso pode reduzir a tensão de operação pela metade, diminuindo o consumo de energia por um fator de quatro enquanto mantém o desempenho.

O que vocês descobriram até agora?

LC: Ao longo de cinco anos, demonstramos que a integração híbrida de InGaAs/SiGe é um caminho viável para melhorar a relação potência-desempenho além do nó de 7 nm. Combinamos crescimento seletivo de InGaAs de alta qualidade em silício, fabricação de FinFETs de InGaAs e SiGe, e processamento de células SRAM 6T funcionais — tudo em uma única plataforma.

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

LC: Antecipamos pelo menos 25% de aumento de desempenho na mesma potência, ou 50% de redução de potência no mesmo desempenho. Em termos práticos, isso poderia dobrar a vida útil da bateria de dispositivos móveis e desbloquear novas possibilidades para CMOS avançado em IoT, RF e fotônica integrada.

Quantas patentes surgiram deste projeto de pesquisa? Há uma que se destaca?

LC: Cerca de 15 patentes foram concedidas durante o projeto. A mais significativa é a US 9.640.394, que protege nosso método de integração por epitaxia seletiva usando cavidades de óxido vazias — uma verdadeira mudança de paradigma para co-integrar semicondutores distintos em silício.

Qual o próximo passo?

LC: Embora tenhamos comprovado a escalabilidade da solução híbrida, devemos garantir que os materiais compostos mantenham qualidade em produção em massa. Trabalhos futuros focarão em tornar a tecnologia manufaturável e explorar dispositivos de comunicação RF e fotônicos integrados para IoT.

Conte-nos algo sobre você que pouquíssimas pessoas sabem.

(LC): Construí meu primeiro circuito eletrônico aos oito anos, e após 20 anos projetei um circuito integrado em silício do zero usando a tecnologia mais avançada disponível.

Lukas Czornomaz e outros dois Mestres Inventores da IBM discutem o significado do papel: