L'équipe de recherche IBM remporte le prix Innovation 2017 pour la technologie CMOS InGaAs/SiGe pionnière

Des scientifiques d'IBM à Zurich ont été honorés du prix 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award, reconnaissant cinq ans de recherche révolutionnaire intégrant des matériaux à haute mobilité dans le CMOS silicium pour mettre à l'échelle les dispositifs sous 7 nm.

À travers le spectre — des téléphones mobiles à l'Internet des objets jusqu'à l'infrastructure cloud — il existe une tension persistante entre consommation d'énergie et performance. L'équipe d'IBM propose une solution centrée sur deux piliers : la mise à l'échelle des nœuds technologiques et l'adoption de nouveaux matériaux à haute mobilité.

Le travail primé est la première démonstration d'un procédé CMOS Indium Gallium Arsenide (InGaAs)/Silicium-Germanium (SiGe) sur substrat silicium (Si) en utilisant une fabrication sur wafers 300 mm adaptée à la production de haut volume. Cette intégration hybride offre une voie claire pour améliorer le compromis puissance/performance pour les circuits numériques au-delà du nœud 7 nm.

En tirant parti de l'épitaxie sélective, l'équipe a produit des inverseurs fonctionnels et des réseaux SRAM 6-transistors denses — composants de base du CMOS numérique — directement sur silicium. Le Dr Lukas Czornomaz, scientifique principal du projet, a expliqué : « Cette technologie devrait offrir 25 % de meilleure performance à même puissance, ou doubler l'autonomie de la batterie des appareils mobiles tout en maintenant leur performance. »

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

Divulgué lors de la récente conférence VLSI Technology, cette réalisation sans précédent fait suite à une série de démonstrations clés présentées à l'IEDM et aux symposiums VLSI au cours des quatre dernières années. Le défi central — faire croître simultanément des cristaux InGaAs de haute qualité, fabriquer des transistors à effet de champ InGaAs haute performance sur isolant, et les intégrer avec des dispositifs SiGe sur un seul wafer silicium — a été surmonté.

Contrairement aux approches antérieures, la solution d'IBM fournit les blocs fondamentaux des circuits numériques à des dimensions pertinentes et marque une étape majeure vers une technologie CMOS hybride InGaAs/SiGe manufacturable. La méthode repose sur trois innovations clés : croissance sélective de régions InGaAs-sur-isolant de haute qualité, fabrication de finFETs InGaAs avec longueur de grille physique (L_g) de 35 nm et forte performance, et traitement de cellules SRAM 6-transistors fonctionnelles d'une surface d'environ 0,4 µm².

Au-delà de la logique numérique, cette technologie pave la voie pour des circuits RF et photoniques à faible coût combinant matériaux III-V avec CMOS silicium — une perspective attrayante pour les dispositifs Internet-des-objets de prochaine génération.

« Bien qu'il reste encore beaucoup de travail, nous avons démontré que notre conception fonctionne et qu'elle est manufacturable », a déclaré le Dr Czornomaz.

À l'avenir, l'équipe continuera d'affiner la technologie pour la production de masse et d'explorer son application dans les dispositifs de communication RF intégrés et photoniques aux côtés du CMOS silicium.

Cette recherche a été financée par l'Union européenne sous les accords de subvention No. 619325 (FP7‑ICT‑COMPOSE3), No. 619326 (FP7‑ICT‑III‑V‑MOS), et No. 628523 (FP7‑IEF‑FACIT).