Lukas Czornomaz, Master Inventor de IBM: De constructor de circuitos a los 8 años a pionero en tecnología CMOS híbrida

El Día Nacional de los Inventores honra el brillo de inventores en todo el mundo. En IBM Research Zurich, conversamos con el Master Inventor Lukas Czornomaz sobre su carrera y las patentes que definen su impacto.

Lukas Czornomaz se especializa en tecnología de semiconductores y lidera proyectos de investigación en CMOS Avanzado, Fotónica y RF/mm-Wave para Internet-de-las-Cosas. Recientemente ganó el Premio al Mejor Artículo Estudiantil en el Simposio IEEE 2016 sobre Tecnología VLSI y el Premio a la Innovación en la Industria de Semiconductores Compuestos 2017 por los primeros circuitos CMOS InGaAs/SiGe en sustratos de silicio usando procesos de wafer de 300 mm compatibles con fabricación de alto volumen. Su portafolio incluye ahora hasta 35 patentes en CMOS, fotónica, memorias no volátiles, computación neuromórfica y sensores.

¿Podría explicar simplemente la tecnología que desarrolla?

Lukas Czornomaz (LC): Trabajo en CPUs —unidades de procesamiento central que actúan como cerebro de una computadora. Las CPUs comprenden miles de millones de transistores que conmutan encendido y apagado, y su rendimiento depende del número y velocidad de estos interruptores. La eficiencia energética es igualmente crítica; energía excesiva puede dañar el chip.

En cuanto a tamaño, ¿transistores más pequeños rinden mejor?

LC: Durante décadas, encoger transistores fue la vía principal a CPUs más rápidas, densas y energéticamente eficientes. Sin embargo, el escalado de silicio ha chocado con límites fundamentales: transistores más pequeños ya no garantizan conmutación más rápida o mejor eficiencia energética sin trade-offs. Ahora necesitamos repensar cómo lograr ganancias de rendimiento.

Su trabajo busca alejarse del silicio puro para resolver el problema de escalado.

LC: Exactamente. Nuestro equipo explora semiconductores III-V —elementos de las columnas III y V de la tabla periódica. Estos materiales ofrecen movilidad de portadores de carga superior, permitiendo electrones viajar a velocidades mucho mayores que en silicio. Esto puede reducir a la mitad el voltaje de operación, reduciendo consumo de energía por factor de cuatro manteniendo rendimiento.

¿Qué han descubierto hasta ahora?

LC: En cinco años, demostramos que la integración híbrida de InGaAs/SiGe es una vía viable para mejorar la relación potencia-rendimiento más allá del nodo 7 nm. Combinamos crecimiento selectivo de InGaAs de alta calidad en silicio, fabricación de FinFETs InGaAs y SiGe, y procesamiento de celdas 6T-SRAM funcionales —todo en una sola plataforma.

¿Pero qué significa todo esto? ¿Hay ventajas reales en esta tecnología híbrida?

LC: Anticipamos al menos 25% mejora de rendimiento a la misma potencia, o 50% reducción de potencia al mismo rendimiento. En términos prácticos, eso podría duplicar la vida de batería en dispositivos móviles y desbloquear nuevas posibilidades para CMOS avanzado en IoT, RF y fotónica integrada.

¿Cuántas patentes salieron de este proyecto? ¿Hay una que destaque?

LC: Unas 15 patentes fueron concedidas durante el proyecto. La más significativa es US 9,640,394, que protege nuestro método de integración por epitaxia selectiva usando cavidades de óxido vacías —un verdadero cambio de paradigma para co-integrar semiconductores dispares en silicio.

¿Qué sigue?

LC: Aunque hemos probado la escalabilidad de la solución híbrida, debemos asegurar que los materiales compuestos mantengan calidad en producción en masa. Trabajo futuro se centrará en hacer la tecnología manufacturable y explorar dispositivos de comunicación RF y fotónica integrada para IoT.

Cuéntenos algo de usted que muy poca gente sepa.

(LC): Construí mi primer circuito electrónico a los ocho, y tras 20 años diseñé un circuito integrado en silicio desde cero usando la tecnología más avanzada disponible.

Lukas Czornomaz y otros dos Master Inventors de IBM discuten el significado del rol: