Rencontrez l'inventeur IBM qui a construit son premier circuit à 8 ans

La Journée nationale des inventeurs est une journée pour honorer les inventeurs et leur génie. Au IBM Research Lab de Zurich, la liste des inventeurs est longue, mais nous avons pu rattraper l'un de vos nouveaux maîtres inventeurs, Lukas Czornomaz, qui parle de sa carrière et de certains des brevets qui ont été accordés en cours de route. .

Lukas Czornomaz et Veeresh Deshpande, remportant le prix du meilleur article étudiant du Symposium IEEE 2016 sur la technologie VLSI

Lukas Czornomaz, spécialisé dans la technologie des semi-conducteurs, est le chef de projet de divers projets de recherche et industriels dans le domaine du CMOS avancé, de la photonique et des RF/mm-Wave pour des applications dans le contexte de l'Internet des objets.

Il a récemment reçu le prix du meilleur article étudiant du Symposium IEEE 2016 sur la technologie VLSI ainsi que le prix 2017 de l'innovation de l'industrie des semi-conducteurs composés pour la démonstration des premiers circuits CMOS hybrides à l'arséniure de gallium et à l'indium (InGaAs)/sillicon-geranium (SiGe) sur le silicium (Si ) substrat utilisant des procédés compatibles avec une fabrication en grande série sur des plaques de 300 mm. Il détient jusqu'à 35 brevets dans les domaines du CMOS, de la photonique, des mémoires non volatiles, de l'informatique neuromorphique et des capteurs.

Pouvez-vous nous donner une explication simple de la technologie que vous développez ?

Lukas Corzornmaz (LC) :Je travaille sur les CPU, les unités centrales de traitement des ordinateurs, communément appelées « cerveau » de l'ordinateur. Les processeurs sont constitués de milliards de transistors qui fonctionnent comme des commutateurs, et les performances de ce « cerveau » sont directement liées au nombre de commutateurs sur une unité et à leur vitesse. L'efficacité énergétique est également un élément important - c'est un indicateur de performance par rapport à la consommation d'énergie. Trop de puissance pourrait faire fondre la puce.

En termes de taille, les transistors plus petits sont-ils plus performants ?

LC : Pendant des décennies, la stratégie de développement de la prochaine génération de processeurs a toujours été la même :rendre les transistors plus petits. Plus ils sont petits, plus rapide et plus vous pouvez tenir sur une puce. De plus, ils consomment moins d'énergie. Mais cette approche a changé au cours des 10 dernières années car la mise à l'échelle des transistors au silicium a atteint certaines limites. Les transistors au silicium plus petits ne sont pas nécessairement plus rapides et nous ne pouvons pas non plus améliorer leur efficacité énergétique sans compromettre la vitesse de commutation. Nous n'avons donc pas eu d'autre choix que de sortir des sentiers battus pour construire des transistors plus petits avec des performances accrues et une faible consommation d'énergie.

Votre travail vise à rompre avec l'utilisation de silicium pur pour contourner le problème de mise à l'échelle.

LC : Oui c'est correct. Notre équipe de recherche étudie les semi-conducteurs III-V en remplacement du silicium. Les semi-conducteurs III-V sont constitués d'éléments chimiques des colonnes III et V du tableau périodique. Nous savons depuis plus de 30 ans qu'en théorie, les matériaux III-V ont des propriétés de transport intrinsèquement meilleures et que les électrons se déplacent à une vitesse beaucoup plus élevée dans les matériaux III-V que dans le silicium. Il permettrait une réduction de la tension de fonctionnement d'un facteur deux, ce qui correspond à une réduction de la consommation électrique d'un facteur quatre sans compromettre les performances.

Qu'avez-vous découvert jusqu'à présent ?

LC : Après cinq années de recherche, nous avons pu démontrer que l'intégration hybride du composé chimique arséniure de gallium indium/sillicon-géranium (InGaAs/SiGe) est une voie fiable pour améliorer encore le rapport puissance/performance pour les technologies numériques au-delà des 7 nm. nœud. Nous avons essentiellement combiné trois fonctionnalités clés dans une seule technologie :la croissance sélective de régions InGaAs de haute qualité sur Si, la fabrication de finFets InGaAs et SiGe et le traitement de cellules 6T-SRAM fonctionnelles.

Mais qu'est-ce que tout cela signifie ? Y a-t-il de réels avantages à cette technologie hybride ?

LC : Nous nous attendons à ce que cette nouvelle technologie permette une augmentation d'au moins 25 % des performances à la même consommation d'énergie, ou une division de la consommation d'énergie par deux à la même performance. En d'autres termes, doubler la durée de vie de la batterie d'un appareil mobile, par exemple. De toute évidence, la co-intégration des MOSFET InGaA et SiGe pour la technologie CMOS avancée présente un grand potentiel.

Combien de brevets sont issus de ce projet de recherche ? Y en a-t-il un qui se démarque ?

LC : Environ 15 brevets ont été accordés au cours du projet, protégeant de nombreux aspects de la technologie que nous avons développée. A mon sens, le brevet US 9 640 394 est le plus significatif car il protège notre méthode d'intégration InGaAs par épitaxie sélective dans des cavités d'oxyde vides. Ce brevet indique un véritable changement de paradigme pour l'intégration de divers types de semi-conducteurs sur une plate-forme Si.

Quelle est la prochaine étape ?

LC : Bien que nous ayons démontré que notre solution hybride fonctionne et qu'elle est évolutive, il reste encore beaucoup de travail à faire et de nombreux défis à relever. La grande question est de savoir si les matériaux composites que nous utilisons peuvent maintenir leur qualité dans la production de masse. Sur ce, nous continuerons à consacrer nos recherches à rendre cette technologie prête à être fabriquée. Nous explorerons également d'autres applications pour les futures technologies de l'Internet des objets, à savoir la communication RF et les dispositifs photoniques intégrés avec Si CMOS.

Dites-nous quelque chose sur vous que très peu de gens savent.

(LC) : J'ai construit mon premier circuit électronique à l'âge de huit ans, et il m'a fallu 20 ans pour réaliser mon propre circuit intégré sur Si. Mais, je l'ai fait à partir du premier atome, et avec l'une des technologies existantes les plus avancées !

Lukas Czornomaz et deux autres maîtres inventeurs IBM expliquent ce que signifie ce rôle :