Equipo de IBM Research gana Premio Innovación 2017 por pionera tecnología CMOS InGaAs/SiGe

Científicos de IBM en Zurich han sido honrados con el Premio Innovación de la Industria de Semiconductores Compuestos 2017, reconociendo cinco años de investigación revolucionaria que integra materiales de alta movilidad en CMOS de silicio para escalar dispositivos por debajo de 7 nm.

En todo el espectro —desde teléfonos móviles hasta Internet de las Cosas hasta infraestructura en la nube— existe una tensión persistente entre consumo de energía y rendimiento. El equipo de IBM propone una solución centrada en dos pilares: escalado de nodos tecnológicos y adopción de nuevos materiales de alta movilidad.

El trabajo premiado es la primera demostración de un proceso CMOS Indio Galio Arseniuro (InGaAs)/Silicio-Germanio (SiGe) en sustrato de silicio (Si) usando fabricación a escala de wafer de 300 mm adecuada para producción de alto volumen. Esta integración híbrida ofrece un camino claro para mejorar el trade-off potencia/rendimiento para circuitos digitales más allá del nodo 7 nm.

Aprovechando epitaxia selectiva, el equipo produjo inversores funcionales y densos arrays SRAM de 6 transistores —componentes centrales de CMOS digital— directamente en silicio. El Dr. Lukas Czornomaz, científico principal del proyecto, explicó: "Se espera que esta tecnología entregue 25% mejor rendimiento a la misma potencia, o duplique la vida de batería de dispositivos móviles manteniendo su rendimiento."

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 en la reciente conferencia VLSI Technology, este logro primero en su tipo sigue una serie de demostraciones clave presentadas en IEDM y reuniones del Simposio VLSI en los últimos cuatro años. El desafío central —crecer simultáneamente cristales InGaAs de alta calidad, fabricar transistores de efecto de campo InGaAs de alto rendimiento en aislante, e integrarlos con dispositivos SiGe en un solo wafer de silicio— ha sido superado.

A diferencia de enfoques previos, la solución de IBM entrega los bloques constructivos fundamentales de circuitos digitales a dimensiones relevantes y marca un hito mayor hacia una tecnología CMOS híbrida InGaAs/SiGe manufacturable. El método se basa en tres innovaciones clave: crecimiento selectivo de regiones InGaAs-on-Insulator de alta calidad, fabricación de FinFETs InGaAs con longitud de compuerta física (L_g) de 35 nm y fuerte rendimiento de dispositivo, y procesamiento de celdas SRAM de 6 transistores funcionales con área de aproximadamente 0,4 µm².

Más allá de lógica digital, esta tecnología allana el camino para circuitos RF y fotónicos de bajo coste que combinan materiales III-V con CMOS de silicio —una perspectiva atractiva para dispositivos Internet-de-las-Cosas de próxima generación.

"Aunque queda mucho trabajo por hacer, hemos demostrado que nuestro diseño funciona y que es manufacturable," dijo el Dr. Czornomaz.

Avanzando, el equipo continuará refinando la tecnología para producción en masa y explorará su aplicación en dispositivos de comunicación RF integrada y fotónicos junto a CMOS de silicio.

Esta investigación fue financiada por la Unión Europea bajo Acuerdos de Subvención No. 619325 (FP7‑ICT‑COMPOSE3), No. 619326 (FP7‑ICT‑III‑V‑MOS), y No. 628523 (FP7‑IEF‑FACIT).