Equipe de Pesquisa da IBM Vence Prêmio de Inovação 2017 por Pioneirismo em Tecnologia CMOS InGaAs/SiGe

Cientistas da IBM em Zurique foram homenageados com o Prêmio de Inovação da Indústria de Semicondutores Compostos de 2017, reconhecendo cinco anos de pesquisa inovadora que integra materiais de alta mobilidade em CMOS de silício para escalar dispositivos abaixo de 7 nm.

Em todo o espectro — de telefones móveis à Internet das Coisas à infraestrutura em nuvem — existe uma tensão persistente entre consumo de energia e desempenho. A equipe da IBM propõe uma solução centrada em dois pilares: escalonamento de nós tecnológicos e adoção de novos materiais de alta mobilidade.

O trabalho premiado é a primeira demonstração de um processo CMOS de Arseneto de Índio-Gálio (InGaAs)/Silício-Germânio (SiGe) em substrato de silício (Si) usando fabricação em wafer de 300 mm adequada para produção de alto volume. Essa integração híbrida oferece um caminho claro para melhorar o trade-off potência/desempenho para circuitos digitais além do nó de 7 nm.

Aproveitando epitaxia seletiva, a equipe produziu inversores funcionais e arrays densos de SRAM de 6 transistores — componentes centrais do CMOS digital — diretamente no silício. Dr. Lukas Czornomaz, cientista líder no projeto, explicou: "Esta tecnologia deve entregar 25% melhor desempenho na mesma potência, ou dobrar a vida da bateria de dispositivos móveis mantendo seu desempenho."

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

Divulgado na recente conferência VLSI Technology, este feito inédito segue uma série de demonstrações-chave apresentadas em reuniões IEDM e VLSI Symposium nos últimos quatro anos. O desafio central — crescer simultaneamente cristais de InGaAs de alta qualidade, fabricar transistores de efeito de campo de InGaAs de alto desempenho em isolador, e integrá-los com dispositivos SiGe em um único wafer de silício — foi superado.

Diferente de abordagens anteriores, a solução da IBM entrega os blocos fundamentais de circuitos digitais em dimensões relevantes e marca um marco importante rumo a uma tecnologia CMOS híbrida InGaAs/SiGe manufaturável. O método baseia-se em três inovações-chave: crescimento seletivo de regiões InGaAs-on-Insulator de alta qualidade, fabricação de finFETs de InGaAs com comprimento de gate físico (L_g) de 35 nm e forte desempenho do dispositivo, e processamento de células SRAM de 6 transistores funcionais com área de aproximadamente 0,4 µm².

Além da lógica digital, esta tecnologia pavimenta o caminho para circuitos RF e fotônicos de baixo custo que combinam materiais III-V com CMOS de silício — uma perspectiva atraente para dispositivos Internet das Coisas de próxima geração.

"Embora ainda haja muito trabalho a fazer, demonstramos que nosso design funciona e que é manufaturável", disse Dr. Czornomaz.

Avançando, a equipe continuará refinando a tecnologia para produção em massa e explorará sua aplicação em dispositivos de comunicação RF integrados e fotônicos junto ao CMOS de silício.

Esta pesquisa foi financiada pela União Europeia sob Acordos de Subvenção No. 619325 (FP7‑ICT‑COMPOSE3), No. 619326 (FP7‑ICT‑III‑V‑MOS), e No. 628523 (FP7‑IEF‑FACIT).