IBM 마스터 인벤터 루카스 초르노마즈: 8세 회로 제작자에서 하이브리드 CMOS 기술 선구자로

전국 발명가의 날은 전 세계 발명가들의 탁월함을 기립니다. IBM 리서치 취리히에서 마스터 인벤터 루카스 초르노마즈와 만나 그의 커리어와 영향을 정의하는 특허들에 대해 이야기했습니다.

루카스 초르노마즈와 비레시 데쉬판데, IEEE 2016 VLSI 기술 심포지엄 최우수 학생 논문상 수상.

루카스 초르노마즈는 반도체 기술을 전문으로 하며 첨단 CMOS, 포토닉스, RF/mm-웨이브를 IoT용으로 연구 프로젝트를 이끕니다. 최근 IEEE 2016 VLSI 기술 심포지엄 최우수 학생 논문상과 2017 화합물 반도체 산업 혁신상(300mm 웨이퍼 공정으로 실리콘 기판 위 최초 InGaAs/SiGe CMOS 회로, 고량산 제조 호환)을 수상했습니다. 그의 포트폴리오는 CMOS, 포토닉스, 비휘발성 메모리, 뉴로모픽 컴퓨팅, 센서 전반에 걸쳐 최대 35개 특허를 포함합니다.

개발 중인 기술을 간단히 설명해 주실 수 있나요?

루카스 초르노마즈 (LC): 저는 CPU(중앙처리장치)를 연구합니다. 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 CPU는 수십억 개의 트랜지스터로 구성되며 켜고 꺼지며, 그 성능은 이 스위치의 수와 속도에 달려 있습니다. 전력 효율도 마찬가지로 중요합니다. 과도한 전력은 칩을 손상시킬 수 있습니다.

크기 면에서 더 작은 트랜지스터가 더 잘 수행하나요?

LC: 수십 년간 트랜지스터 축소가 더 빠르고 밀도 높고 전력 효율적인 CPU의 주요 경로였습니다. 그러나 실리콘 스케일링은 근본적 한계에 부딪혔습니다. 더 작은 트랜지스터가 더 이상 트레이드오프 없이 더 빠른 스위칭이나 더 나은 전력 효율을 보장하지 않습니다. 이제 우리는 성능 향상을 달성하는 방법을 재고해야 합니다.

귀하의 작업은 순수 실리콘에서 벗어나 스케일링 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.

LC: 정확히 그렇습니다. 우리 팀은 주기율표 III족과 V족 원소인 III-V 반도체를 탐구합니다. 이 소재들은 우수한 전하 캐리어 이동도를 제공하여 전자가 실리콘보다 훨씬 높은 속도로 이동할 수 있게 합니다. 이는 동작 전압을 절반으로 줄여 성능 유지하면서 전력 소비를 4분의 1로 줄일 수 있습니다.

지금까지 무엇을 발견했나요?

LC: 5년간 InGaAs/SiGe 하이브리드 통합이 7nm 노드 이후 전력-성능 비율을 개선하는 실행 가능한 경로임을 입증했습니다. 실리콘 위 고품질 InGaAs 선택적 성장, InGaAs와 SiGe 핀펫 제작, 기능적 6T-SRAM 셀 가공을 단일 플랫폼에서 결합했습니다.

하지만 이게 다 무슨 뜻인가요? 이 하이브리드 기술에 실질적 이점이 있나요?

LC: 동일 전력에서 최소 25% 성능 향상, 또는 동일 성능에서 50% 전력 감소를 예상합니다. 실용적으로는 모바일 기기 배터리 수명 2배 연장과 IoT, RF, 통합 포토닉스용 첨단 CMOS의 새로운 가능성을 열 수 있습니다.

이 연구 프로젝트에서 몇 개의 특허가 나왔나요? 눈에 띄는 것이 있나요?

LC: 프로젝트 기간 중 약 15개 특허가 승인되었습니다. 가장 중요한 것은 US 9,640,394로, 빈 산화물 캐비티를 이용한 선택적 에피택시 통합 방법을 보호합니다. 이질 반도체를 실리콘 위에 공동 통합하는 진정한 패러다임 전환입니다.

다음 단계는?

LC: 하이브리드 솔루션의 확장성을 입증했지만, 화합물 소재가 양산에서 품질을 유지하도록 보장해야 합니다. 향후 작업은 기술 제조 가능화와 IoT용 RF 통신 및 통합 포토닉 장치 탐구에 집중할 것입니다.

아주 적은 사람들만 아는 당신에 대한 무언가를 말해주세요.

(LC): 8살에 첫 전자 회로를 만들었고, 20년 후 사용 가능한 가장 첨단 기술로 실리콘 집적 회로를 바닥부터 설계했습니다.

루카스 초르노마즈와 다른 두 명의 IBM 마스터 인벤터들이 마스터 인벤터 역할의 의미에 대해 논의합니다: