认识在 8 点建造第一条电路的 IBM 发明家

国家发明家日是纪念发明家及其天才的日子。在苏黎世的 IBM 研究实验室，发明家的名单很长，但我们能够赶上你们新任命的发明大师之一 Lukas Czornomaz，他谈到了他的职业生涯以及一路上授予的一些专利.

Lukas Czornomaz和 Veeresh Deshpande 获得 IEEE 2016 VLSI 技术研讨会最佳学生论文奖

Lukas Czornomaz，专注于半导体技术，是高级 CMOS、光子学和射频/毫米波领域的各种研究和工业项目的项目负责人，用于物联网背景下的应用。

他最近获得了 IEEE 2016 VLSI 技术研讨会的最佳学生论文奖以及 2017 年化合物半导体行业创新奖，以展示第一个混合砷化铟镓 (InGaAs)/硅天竺葵 (SiGe) CMOS 电路在硅 (Si ) 基板使用与 300 毫米晶圆的大批量制造兼容的工艺。他在CMOS、光子学、非易失性存储器、神经形态计算和传感器领域拥有多达35项专利。

您能否简单介绍一下您正在开发的技术？

Lukas Corzornmaz (LC) ：我正在研究 CPU，即计算机的中央处理单元，通常被称为计算机的“大脑”。 CPU 由数十亿个用作开关的晶体管组成，这个“大脑”的性能与一个单元上的开关数量和速度直接相关。电源效率也是一个重要因素——它是与功耗相关的性能指标。过大的功率会使芯片熔化。

就尺寸而言，较小的晶体管性能是否更好？

LC： 几十年来，开发下一代 CPU 的策略始终如一：使晶体管更小。它们越小，速度越快，您可以在芯片上安装的越多。此外，它们消耗的电量更少。但这种方法在过去 10 年发生了变化，因为硅晶体管的缩放已经达到了一些限制。更小的硅晶体管不一定会变得更快，我们也不能在不影响开关速度的情况下提高它们的功率效率。因此，我们别无选择，只能开箱即用地构建具有更高性能和低功耗的更小晶体管。

您的工作旨在摆脱使用纯硅来解决缩放问题。

LC： 对，那是正确的。我们的研究团队正在研究 III-V 族半导体作为硅的替代品。 III-V 族半导体由元素周期表 III 和 V 列的化学元素组成。 30 多年来，我们已经知道，从理论上讲，III-V 族材料本质上具有更好的传输特性，并且电子在 III-V 族材料中的传播速度比在硅中快得多。它将允许将工作电压降低两倍，这相当于在不影响性能的情况下将功耗降低四倍。

到目前为止你发现了什么？

LC： 经过五年的研究，我们已经能够证明化合物铟镓砷/硅天竺葵 (InGaAs/SiGe) 的混合集成是进一步提高 7 纳米以上数字技术的功率/性能比的可靠途径节点。我们基本上在单一技术中结合了三个关键特征：在 Si 上选择性生长高质量 InGaAs 区域、InGaAs 和 SiGe finFets 的制造以及功能性 6T-SRAM 单元的处理。

但这一切意味着什么？这种混合技术有什么真正的优势吗？

LC： 我们希望这项新技术能够在相同的功耗下实现至少 25% 的性能提升，或者在相同的性能下将功耗除以 2。换句话说，将移动设备的电池寿命加倍。显然，将 InGaAs 和 SiGe MOSFET 协同集成以实现先进的 CMOS 技术具有巨大的潜力。

这个研究项目有多少专利？有没有特别突出的？

LC： 项目期间获得了大约 15 项专利，保护了我​​们开发的技术的许多方面。在我看来，专利 US 9,640,394 是最重要的，因为它通过在空氧化物腔中选择性外延来保护我们的 InGaAs 集成方法。该专利标志着在Si平台上集成各种类型的半导体的真正范式转变。

下一步是什么？

LC： 尽管我们已经证明我们的混合解决方案有效并且具有可扩展性，但仍有许多工作要做，还有许多挑战需要克服。最大的问题是我们使用的复合材料能否在大规模生产中保持其质量。在这一点上，我们将继续致力于我们的研究，使这项技术为制造做好准备。我们还将探索未来物联网技术的其他应用，即射频通信和采用 Si CMOS 的集成光子设备。

告诉我们一些很少有人知道的关于你自己的事情。

（LC）： 我在 8 岁的时候建立了我的第一个电子电路，我用了 20 年的时间在 Si 上制作了自己的集成电路。但是，我从第一个原子开始，并使用了最先进的现有技术之一！

Lukas Czornomaz 和另外两个 IBM 发明大师谈论这个角色的意义：