IBM, dünyanın en hızlı silikon temelli transistörünü geliştirdi. IBM, yeni transistörün, iki yıl içinde iletişim yongalarının hızını 100GHz seviyesine çıkaracağını tahmin ediyor.
Transistör, modifiye edilmiş bir tasarım ve yalnızca bir miliamper elektrik akımıyla 210 GigaHertz (GHz) hıza erişen IBM’in ünlü silikon germanyum (SiGe) teknolojisini kullanıyor. Bu mevcut tasarıma göre, performansta yüzde 80 artış, elektrik tüketiminde ise yüzde 50 azalma anlamına geliyor.
IBM İletişim Araştırma ve Geliştirme Merkezi Başkan Yardımcısı Bernard Meyerson, “Bir zamanlar uçağın hayali ‘ses duvarını’ aşacağına inanılmaması gibi silikon temelli transistörlerin de 200Ghz hız sınırını aşacağına inanılmıyordu. Ağ alanında olduğu gibi yüksek performanslı elektronik üreticileri, bu yüksek hızlara ulaşmak için artık egzotik ve pahalı materyallerden yapılmış yongaları kullanmak zorunda kalmayacaklar. Silikonun geleceği de, işlemci üretimi için tercih edilen madde gibi güvenli” dedi.
Transistörlerin hızı büyük ölçüde, elektriğin üzerlerinden ne kadar hızlı geçmesiyle belirleniyor. Bu ise, transistörün yapıldığı malzemeye ve elektriğin dolaşacağı mesafeye bağlı. Standart transistörler sıradan silikondan yapılıyor. IBM, 1989 yılında temel silikon materyaline germanyum ilave ederek elektrik akımını hızlandıran, performansı artırırken, güç tüketimini düşüren bir yöntem geliştirdi. IBM, SiGe materyalinin kullanımıyla elektrik yolunu kısaltan gelişkin transistör tasarımını birleştirerek cihaz hızını artırmayı başardı.
Standart transistörlerde elektrik, yatay olarak hareket ediyor, bu nedenle yolun kısaltılması için transistörün incelmesi gerekiyor, bu ise günümüzün işlemci üretim tekniklerinin kullanıldığı durumlarda azalan getirileri nedeniyle giderek daha zor bir iş haline geliyor. IBM’in ‘heterojunction bipolar transistor (HBT)’ adlı SiGe cihazında elektrik akımının dikey olduğu alternatif bir transistör tasarımı kullanılıyor. IBM’in SiGe üretim prosesinde, transistörlerin yükseklikleri SiGe katmanının inceltilmesiyle kısaltılabiliyor; böylece elektrik akımının yolu kısalırken, performansı artıyor.
Bu duyuru SiGe açısından yeni bir platform anlamına geliyor. Daha önemlisi, internet ve e-iş dünyasının artan gereksinimlerini karşılamak için sona ermeyen bir geliştirme çalışması yarışının sürdüğü ağ alanında, yeni performans düzeylerinin kapısını açıyor. Bu teknolojinin bir başka avantajı da, SiGe işlemcilerinin mevcut üretim hatları üzerinde üretilebilmesi nedeniyle, teknolojinin minimum maliyetle hızlı bir biçimde kullanıma sunulabilmesini. Bu, SiGe teknolojisinin fonksiyonlarının artması, cep telefonları ve diğer telsiz iletişim ürünlerinin pil ömrünün uzaması anlamına geliyor.
Bu gelişme, IBM’in işlemci materyalleri üzerinde yaptığı yenilik zincirinin en son halkasını oluşturuyor. IBM, bu alandaki teknolojik liderliğini, alüminyum teller yerine bakır kullanma tekniği, teller arasında iyileştirilmiş ‘low-k insulation’ teknolojisi, ‘silicon-on-insulator (SOI)’ teknolojisiyle transistör performansını artırma ve gerdirilmiş silikon teknolojisi ile sürdürüyor.
IBM, dünyanın çeşitli yerlerindeki IBM tasarım merkezleri aracılığıyla SiGe teknolojisini bir dizi ürüne dahil etmek için çok sayıda iletişim ekipmanı üreticisi firmayla ortak çalışıyor.
<210GHz SiGe HBT İçin Bilgi
‘Heterojunction bipolar transistor (HBT)’ cihazlar, yüksek bant genişlikli iletişimin yürütülebilmesinde anahtar öneme sahip olan yüksek hızlı RF/analog devrelerde kullanılıyor.
IBM, 1989 yılında silikon yerine silikon germanyumu (SiGe) geçirerek HBT teknolojisinde bir yenilik duyurmuştu. Si kafes yapısı içinde daha büyük Ge atomları, elektron akışının serbestleşmesiyle sonuçlanıyordu ve bunun nihai ürünü hızın artışı ve güç tüketiminin azalmasıydı.
SiGe teknolojisinin marifetleri bir süreden beri bilinmesine rağmen, IBM’in SiGe prosesi temel olarak standart CMOS’un proses teknolojisi ile aynı temele dayanıyordu. SiGe teknolojisi, aynı hız düzeylerine ulaşan galyum arsenid (GaAs) gibi daha zor teknolojilere göre daha düşük maliyetli bir alternatif oldu.
Ayrıca, SiGe, entegrasyon avantajları da sağladı. SiGe cihazlar, temel olarak aynı CMOS proses/üretim hatlarını kullanarak oluşturuldukları için SiGe temelli RF devrelerle CMOS temelli devrelerin bir işlemci üzerinde entegre edilmesi büyük ölçüde başarıldı. Bu, iletişim ekipmanları üreticilerinin ürünlerinin boyutlarını küçültmek, kullanılan parça sayısını azaltmak ve performansı artırmak için az sayıda ayrı silikon üzerinde yarı iletken bileşenlerini entegre etme çalışmalarında özellikle büyük önem taşıyor. Birbirini tamamlayıcı devrelerin tek bir zar üzerinde toplanması da geliştirme çalışmalarının hızlı yürümesi açısından önemli.
Sonuç olarak SiGe teknolojisinin kullanımı arttı ve iletişim arenasındaki işlemci üreticileri lisans, partnerlik ve geliştirme çalışmaları ile kendi SiGe proseslerini türetmeye başladılar. IBM ise, SiGe teknolojisi alanındaki liderliğini sürdürüyor.
IBM, SiGe prosesini HBT içindeki SiGe katmanının kalınlığını daha da incelterek, elektron akışının dikey yolunu etkili bir tarzda kısaltarak, sonuçta performansı artırıp güç tüketimini azaltarak daha da geliştirdi. Benzersiz ‘Low Temperature Epitaxy (LTE)’ prosesi sayesinde IBM, SiGe katmanının boyutunu kontrol edebiliyor.
Elektron akışı için yol uzunluğunun kısaltılması, gelişkin litografi tekniklerine gerek duyulmadan başarıldı. Başka bir deyişle IBM, yüksek performansa, temel 0.18 mikron litografi ilkelerinde herhangi bir değişiklik yapmadan ulaştı.
Sonuç olarak: 100Gbps düzeyindeki iletişim uygulamaları için tek bir silikon zarı üzerinde CMOS temelli arka uç (back-end) devreleme ile entegre edilebilen iki kutuplu RF/analog devreleme ile 210GHz HBT cihaz performansı sağlandı. IBM, bu alandaki öncü rolünü hızla sürdürüyor.
Kaynak : 