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1 INDICE PROLOGO...1 Los Dominios Tecnológicos...2 El Dominio More Moore... 5 El Dominio Beyond CMOS El Dominio More than Moore El Dominio Heterogeneous Integration El Dominio Materiales e Infraestructuras El Dominio Design Automation... 53

2 PROLOGO Este documento ha sido preparado por el Grupo de Trabajo de la Plataforma Génesis para la Agenda Estratégica de Investigación en nombre de los miembros de la Plataforma. La Agenda Estratégica de Investigación será revisada periódicamente cuando sea necesario. La Agenda Estratégica de Investigación es una acción concertada de expertos nacionales pertenecientes a la industria, al mundo académico y de la investigación, y autoridades públicas. Hay que expresar especiales agradecimientos a todos los miembros de la plataforma GénesisRed por su contribución a la confección de este documento y a la Plataforma Europea ENIAC. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 1

3 Los Dominios Tecnológicos En 1965 Gordon E. Moore postuló su conocida ley que predecía un crecimiento exponencial de la complejidad circuital que se podría lograr mediante el escalado de la tecnología de semiconductores. Se trata de un argumento económico que establece que el coste de las funciones digitales implementadas en obleas de Silicio se divide por dos cada dos años aproximadamente. Este argumento ha permitido y guiado la expansión de la industria Microelectrónica en la últimas cuatro décadas. Por otra parte, la identificación de los parámetros clave y retos tecnológicos en la industria semiconductora se publican en el Internacional Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). El ITRS es un foro global que agrupa fabricantes de semiconductores, de equipos y de materiales, institutos y universidades. La información que proporciona anualmente juega un papel importantísimo para determinar la agenda tecnológica del campo semiconductor. En las últimas cuatro décadas, dos desarrollos tecnológicos han fundamentado la Ley de Moore. Se trata de la continua reducción de la mínima dimensión implementable en Silicio (de los 15 micrómetros en 1965 a los 100 nanómetros en la actualidad) y del continuo aumento del diámetro de las obleas de Silicio (de los 25 mm a los 300 mm en el mismo periodo de tiempo). En este sentido, la Ley de Moore también está detrás del continuo crecimiento de la capacidad de almacenamiento de datos y de potencia de cálculo de productos semiconductores al abasto del gran público. Por otra parte, estos dispositivos electrónicos, que actúan como cerebros miniaturizados, tienen que ser capaces de interaccionar con el entorno de manera inteligente. Es decir, los futuros sistemas nanoelectrónicos deberán tener oídos, ojos e incluso brazos y piernas. Necesitarán interacciones no eléctricas, tal como la capacidad de interacción con el usuario. Las tecnologías de la Ley de Moore ya han desarrollado circuitos digitales que representan los primeros pasos hacia la integración de estas funciones en Silicio. Sin embargo, gran parte de las estructuras semiconductoras asociadas a dichas funciones no se escalan de acuerdo a la mínima dimensión integrable en Silicio, como en el caso de los circuitos digitales. Ejemplos de interacción no eléctrica a escala micrométrica los encontramos en los MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Un ejemplo cotidiano son los acelerómetros de los airbag de nuestros automóviles. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 2

4 De esta manera, la integración en Silicio o en tecnologías compatibles con el Silicio es crucial para que estas funciones no digitales resulten factibles y baratas ya que forman parte de dispositivos cotidianos. Dado que su implementación requiere algo más que un simple escalado, se requieren soluciones alternativas innovadoras que permitan responder a la siempre creciente demanda del mercado y a las expectativas de los usuarios. Estas tecnologías no digitales evolucionan y evolucionarán hacia caminos diferentes de los de la Ley de Moore; es decir, se inscriben en el dominio More than Moore. Por otra parte, los circuitos integrados son vistos como unos bloques de plástico negro con unas patas metálicas de conexión. No obstante, su encapsulación esconde una gran complejidad que se acentúa con las dimensiones del chip que contienen, el número de conexiones externas, la disipación del calor generado, la frecuencia de operación, así como con capacidad de operar en ambientes específicos (espacio, alta temperatura, etc). La encapsulación resulta muy complicada cuando se trata de un sistema completo integrado en un simple chip de Silicio (System-on-Chip, SoC). Y es incluso más compleja cuando un package incorpora funciones que tecnológica o económicamente no son viables en un SoC, compatibilizando varios chips fabricados con tecnologías heterogéneas de Si y de otros materiales semiconductores. Se trata de soluciones System-in-Package (SiP). En términos generales, se dice que el SiP es al SoC lo que More than Moore es a la Ley de Moore. La conjunción de More than Moore con la Ley de Moore en productos semiconductores proporciona un valor añadido. Se trata del dominio Heterogeneous Integration en el que la micro y la nanotecnología convergen y conviven. Extrapolando la Ley de Moore al año 2020, se llega al punto en que los circuitos y dispositivos semiconductores tales como hoy los conocemos (transistores y CMOS) alcanzan sus límites físicos. De esta manera, las implicaciones y alternativas en el dominio Beyond CMOS se deberán explorar y experimentar previamente a su implementación. Probablemente, la investigación en el dominio Beyond CMOS implicará análisis rupturistas en campos tales como ciencia de materiales y arquitectura de dispositivos. Para llevar las tecnologías anteriormente descritas (More Moore, More than Moore, Heterogeneous Integration y Beyond CMOS) a las líneas de producción se requerirán entornos de fabricación innovadores en estrecha colaboración con tecnólogos, cuyas actividades se inscriben en el dominio Equipment and Materials. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 3

5 Naturalmente, todo esto se ha de traducir en productos que impliquen un proceso de diseño altamente automatizado dada su complejidad, con masivas dosis de software. Se trata del dominio tecnológico Design Automation. Este dominio engloba la definición y el desarrollo de nuevas herramientas de diseño electrónico que permitan a los diseñadores implementar y verificar sus diseños desde las especificaciones a nivel de sistema hasta el layout, acortando su tiempo de aparición en el mercado y considerando su producción a escala industrial. Las potenciales aplicaciones de esta investigación podrán requerir de estas tecnologías con diferentes factores de peso. Sin embargo, cada dominio necesitará sus propias estrategias y roadmaps junto con infraestructuras de investigación apropiadamente consolidadas, con objeto de responder a las expectativas de la sociedad. A continuación se describen la situación de cada uno de los diferentes dominios en nuestro país. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 4

6 El Dominio More Moore El dominio More Moore hace referencia a todas las actividades de investigación y desarrollo necesarias para que la industria micro-nano-electrónica europea sea capaz de conseguir los hitos establecidos en el ITRS (Internacional Technology Roadmap for Semiconductors). Se trata de desarrollar la tecnología que permita fabricar circuitos con una mayor capacidad de computación y de almacenamiento de la información (procesadores y memorias). Las actividades de investigación en este dominio tienen un carácter marcadamente aplicado a corto y medio plazo. La predominancia del CMOS es consecuencia del éxito de la industria semiconductora al reducir el tamaño de los transistores. El ITRS predice que el CMOS 32 nm estará en producción en el año 2015 (ver figura adjunta). Sin embargo, la infraestructura industrial necesaria para fabricar chips submicrónicos se ha vuelto extremadamente cara. En Europa las infraestructuras de fabricación y las actividades de R+D sólo han sido posibles mediante alianzas industriales y joint ventures entre los principales fabricantes de semiconductores. Para continuar estando al día, se requerirá que la industria semiconductora europea continúe invirtiendo en infraestructuras de forma que se pueda producir More Moore en línea con las previsiones del ITRS. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 5

7 Algunos de los principales retos incluyen investigación y desarrollo de nuevos material para substratos semiconductores y dispositivos, el uso de litografía óptica no convencional y de litografía sin máscara, así como la integración de Nanoelectrónica y otros dispositivos innovativos en substratos semiconductores. En la siguiente figura se muestra el roadmap del transistor. El primer documento de la SRA recientemente elaborado por ENIAC no pretende ser una alternativa al ITRS sino fijar cuáles son las prioridades europeas en este contexto. De manera esquemática, la SRA identifica los siguientes campos de interés y prioridades de investigación dentro del dominio More Moore: Litografía o Desarrollo de tecnología e infraestructuras para extender la litografía de inmersión a los nodos de 45 nm y 32 nm. o Desarrollo de tecnología e infraestructura para litografía EUV para los nodos ulteriores a 32 nm. o Desarrollo de infraestructuras para el desarrollo de resinas y para la comprensión de sus límites. o Desarrollo de litografía ML2 (Mask-less Lithography) para desarrollo inicial/prototipazo/producción de pequeño volumen. o Clarificar la importancia y potencial de estrategias revolucionarias alternativas para litografía (por ejemplo, imprint lithography) Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 6

8 Tecnologías para lógica o o o o o o Desarrollo de co-ingeniería de substratos-materiales-dispositivos. Desarrollo de dispositivos y tecnología para incorporar gate stacks metal/high-k dielectrics en el nodo CMOS 32 nm. Desarrollo de tecnología y dispositivos con estructuras 3D (puertas y/o canales múltiples) para el nodo CMOS 32 nm. Avanzar en el conocimiento de los límites de los transistores. Más específicamente se señala la necesidad de la evaluación de los mecanismos físicos de transporte, del impacto de las fluctuaciones estadísticas a escala atómica, y de la variabilidad de dispositivos. Establecer los límites de las interconexiones basadas en el sistema low-k dielectrics/cu y desarrollar soluciones innovadoras (gaps de aire, conexionado 3D, etc.) Aumentar la sinergia entre las comunidades de dispositivos/tecnología y diseño de CIs. Memorias DRAM o Desarrollo de nuevos materiales para el condensador de almacenamiento. o o Desarrollo de nuevas estructuras de memoria para dimensiones menores que 30 nm (p.e., DRAM con interleaved capacitor). Introducción de obleas de 450 mm de diámetro. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 7

9 Memorias no volátiles A corto plazo o Nuevos materiales: high-k para el dieléctrico interpoly, capas de trampas discretas para almacenamiento de carga, low-k. o Explorar estructuras 3D para las celdas. A largo plazo o Investigación en nuevos conceptos/materiales, nuevas celdas y nuevas arquitecturas de matrices de memoria. o Explorar el concepto de memorias unificadas (NVRAM) para establecer si pueden ser competitivas con las memorias no volátiles flash escaladas en términos de tamaño de celda, fiabilidad, compatibilidad con CMOS, escalabilidad, etc. Tecnologías transversales o El término low-power es identificado como fundamental. Se señala que en este ámbito, es clave un aumento de la sinergia entre aplicaciones, diseño, dispositivos y desarrollo de procesos. Es poco razonable esperar que los breakthroughs provengan exclusivamente del desarrollo aislado de la tecnología. o La comprensión básica de los procesos tecnológicos es un complemento imprescindible para el enfoque pragmático a la ingeniería de proceso cuando se alcanza la escala nanométrica. o La comprensión a nivel eléctrico de las estructuras funcionales (incluyendo fiabilidad) y su abstracción a modelos compactos es fundamental para diseñar circuitos complejos. o La ciencia de la producción (Manufacturing Science) se señala como un campo importante al que la comunidad académica no dedica un interés suficiente y para el que hay oportunidades de incrementar la colaboración industria-academia. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 8

10 Por último, es conveniente resaltar una serie de comentarios generales y conclusiones de que se desprenden del documento de SRA de ENIAC (en el dominio More Moore): 1. Se indica que los esfuerzos de la comunidad académica son insuficientes y dispersos en el ámbito de la investigación a medio y corto plazo que necesita la industria europea en el dominio More Moore. Por el contrario, la mayoría de las instituciones académicas focalizan sus esfuerzos en el ámbito Beyond CMOS que es una investigación similar a la More Moore pero orientada al largo plazo. En este sentido, creemos que es previsible que ENIAC favorezca la asignación de financiación a incrementar la investigación en este dominio, generando así oportunidades en esta línea. 2. Se señala que, en el dominio More Moore, Europa debería: a. Mantener su liderazgo en litografía. b. Reforzar la investigación en materiales orientados a la Nanoelectrónica. c. Favorecer la sinergia tecnología-diseño-aplicación. d. Mantener la excelencia en campos concretos como los modelos compactos, TCAD, etc. 3. La investigación en el ámbito More Moore viene liderada por la industria nanoelectrónica. La investigación y desarrollo utilizando obleas de 300 mm de diámetro se encuentra más allá de los límites razonables de financiación de países y organizaciones individuales. Por ello, se propone la concentración de infraestructuras en pocas localizaciones (en los llamados European Competence Clusters, principalmente situados en Grenoble, Leuven y Dresden). Por otra parte, se propone el estímulo (y orientación) a la creación de redes académicas de excelencia para organizar el acceso a dichas infraestructuras. 4. Además, se señala la necesidad de estimular infraestructuras de menor tamaño, más flexibles y de menor coste que aporten valor añadido a partir de investigación exploratoria. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 9

11 More Moore en España El contexto de la SRA de ENIAC ha sido el punto de partida para examinar las capacidades y potencialidades de nuestro país en el dominio More Moore. Desde el punto de vista industrial, nuestro país puede desempeñar un papel relevante en campos como el diseño de CIs, el desarrollo de TCAD o de nuevos materiales para aplicaciones electrónicas. Por otra parte, existe en nuestro país un conjunto significativo de grupos académicos altamente especializados y con actividades competitivas a nivel internacional en distintos ámbitos relacionados con la evolución de la tecnología nanoelectrónica. En este sentido, son dignos de mención grupos consolidados en campos como el diseño de circuitos analógicos, digitales y mixtos, el test de circuitos, la simulación y el diseño de dispositivos, el modelado compacto de dispositivos para simulación de circuitos, la fiabilidad en dispositivos y circuitos, el modelado y simulación de procesos tecnológicos y el desarrollo de nuevos materiales. La tabla de capacidades que se muestra a continuación es una primera versión que debe ser completada en el futuro inmediato por parte de todos los miembros de la plataforma y que, por consiguiente, debe ser considerada únicamente como un borrador inicial. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 10

12 Capacidades en el dominio More Moore en España Topics Applications Expertise Univ. Labs. Comp. LOGIC TECHNOLOGIES Advanced CMOS devices Multiple gate/channel FETs High-K + gate stacks Fabrication technology SOI devices Development of CMOS technologies based on 45 nm and 32 nm Space applications High-energy physics Si technology (down to? nm) III-V technology High-k + gate stacks Reliability Modelling, characterization Radiation impact on CMOS devices and circuits UPM UAB,UVA UAB,UGR UGR,USAL,UAB,URV,UB UAB CNM-IMB ISOM CNM-IMB CNM-IMB CNM-IMB CNM-IMB Physics-based numerical simulations Device conception and technology development MC simulation of electron transport in semiconductors MC simulation of advanced MOS transistors (performance, noise and fluctuations) Numerical simul. of process steps UGR,USAL,UAB UGR,USAL,UAB, USC UVA Compact modelling Circuit simulation Compact modelling of advanced transistors and circuit simulation URV,UGR,UAB Materials for electronic applications New technology trends (gate design, mobility increase, interconnects) Ge, strained-si, composites for metal gates and interconnects, high-k, low- K, transparent electrodes, UPC, UVA ICMAB, ICMM CNM-IMB DRAM Stand alone and embedded DRAM IMB-CNM Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 11

13 NON-VOLATILE MEMORIES Stand alone & embedded High-k materials for interpoly dielectric High-K materials NVM reliability Modeling of tunnelling devices UAB,UVA UAB UAB,UB CNM-IMB Memories with discrete traps NVM s based on silicon nanocrystals embedded in SiO 2 UB,UAB CNM-IMB TRANSVERSE TECHNOLOGIES IC design Analog front-end design in deep submicron Low Power / Low voltage analog front-end design High-accuracy analog front-end design Audio, video, wireless transceivers, wireless modems, wireline modems Portable and SoC systems Medical implants Sensor interfacing From 250 nm to 90 nm technol. (depending on application) From 250 nm to 90 nm technol. From 350 nm to 180 nm technol. CNM-IMSE CNM-IMSE CNM-IMSE Anafocus, DS2 Anafocus Anafocus Digital error correction codes for analog front end SoCs From 350 nm to 90 nm technol. CNM-IMSE Anafocus Advanced digital baseband design Modelling Analog-digital interactions SoCs Filters, processors CNM-IMSE, CEIT Anafocus Optimal analog/digital partitioning SoCs From 350 nm to 90 nm technologies CNM-IMSE Anafocus, DS2 Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 12

14 Fuzzy Logic Co-processors Asynchronous Digital Systems Low noise digital circuits Low power digital circuits SoCs Control Mixed-Signal ICs Low-Power Dig. Circuits Mixed-Signal ICs MoDem design (PL, ADSL,..) 350 nm technologies From 350nm to 180nm technol. From 350nm to 180nm technol. CNM-IMSE CNM-IMSE, CEIT CNM-IMSE Anafocus, DS2 Anafocus Embedded Processors Portable and SoC systems From 350nm to 180nm technol. CNM-IMSE, CEIT Design for testability System on Chip Communic. Processors Image Processors Controllers From 350nm to 90nm technol. CNM-IMSE CNM-IMSE DS2 Reliability and yield Failure mechanisms Device reliability Circuit reliability Yield improvement Testability of Mixed-Signal Circuits BIST for Embedded Analog Circuits Test of complex digital ICs Powerline modems Technology qualification Prototype test infrastructure SiON and high-k failure mechanisms (BD,NBTI, HC) Modelling and characterization UNICAN UNICAN UNICAN UAB, UGR UAB UAB CNM-IMSE CNM-IMSE DS2 DS2 DS2 Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 13

15 IC testing Test of analog-mixed-signal systems Test of complex digital ICs in the Gigascale era Test of pseudosynchronous (GALS) and asynchronous systems DFT of statistical designs Product reliability Techn. development ASIC, ASSPs SoC High performance digital processors CMOS circuit reliability Reliability statistics & methods Use Design for testability Test and complexity, functional/parametric testing New testing paradigms UAB UPC, UIB, UC3M UPC, UIB UPC CNM-IMB CNM-IMB DS2 DS2 Test of moderate redundant digital systems Multi-core processors Statistical modeling of IC test UIB, UPC CNM-IMSE Chip characterization Understanding process Underst. at electrical level Compact modelling ICs for high variation technologies ICs for low quality technologies ASICs, ASSPs Technology development Test/error correction, error toleran-ce systems, error correcting codes Use Process simulation UPC UVA Circuit simulation Compact models for CMOS devices, bipolar devices, TFTs, noise, etc. URV, UAB, UGR, UPC DS2 Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 14

16 Example of development of processes and circuits to integrate and interconnect nanostructures and devices into CMOS circuits: in this case, a nanostencil is used for defining nanodevices in a whole CMOS wafer (CNM-IMB) Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 15

17 El Dominio Beyond CMOS El dominio Beyond CMOS hace referencia a todos aquellos nuevos materiales, estructuras, dispositivos y arquitecturas que se desarrollarán a largo plazo (posterior al nodo de CMOS 32nm). Se prevé estarán en fase de producción hacia el 2020, y su principal función es la de complementar la tecnología CMOS en su objetivo de fabricar circuitos con una mayor capacidad de conmutación y de almacenamiento de información, cuando la tecnología CMOS no sea capaz de conseguir dichos objetivos por sí misma. Más allá del nodo CMOS 32 nm, se desarrollarán nanoestructuras y arquitecturas novedosas para complementar al CMOS en implementaciones lógicas avanzadas. Ejemplos de estas innovaciones pueden ser el desarrollo de nuevos transistores y NEMS basados en nanotubos de carbono o la implementación de spintronics, que utiliza el spin de un electrón junto con su carga para la transmisión de la información. Además, la aproximación convencional (topdown) en la fabricación de dispositivos semiconductores, basada en añadir y eliminar selectivamente capas conductoras, semiconductoras y aislantes en una oblea de Silicio, se comenzará a combinar con técnicas que autoensamblen estas capas de forma análoga a como la Naturaleza construye los sistemas biológicos. Este es un dominio a largo plazo en clara oposición a los dominios More Moore, More than Moore, Heterogeneous Integration y Design Automation que son dominios a corto y medio plazo El límite de la tecnología CMOS se está alcanzando por varios motivos, aún sin entrar en límites físicos, como son: Un aumento en la potencia consumida coincide con un aumento insuficiente en la velocidad de operación del circuito (baja movilidad en el canal y un aumento de las corrientes de fugas). Aumento de los defectos, tanto en litografía como a nivel de diseño. Existen numerosas opciones que potencialmente podrían desarrollar las estructuras y arquitecturas anteriormente mencionadas, pero todas ellas se encuentran en una fase embrionaria desde un punto de vista industrial. El principal objetivo de ENIAC en este dominio es el de desarrollar una metodología que lleve a buen puerto la opción elegida con la suficiente madurez industrial y a tiempo. Para ello, se deberán considerar las siguientes acciones: Proceso de selección de las tecnologías emergentes adecuadas. Identificar el trabajo preparatorio requerido. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 16

18 Desarrollo de un plan de trabajo para la evaluación, preparación e implementación de las tecnologías emergentes seleccionadas. La SRA de ENAC identifica campos de interés y prioridades de investigación distinguiendo dos fases (hasta 2013 y después del 2013). Antes de 2013 Después de 2013 Arquitecturas: Tolerantes a los defectos. Inspiradas biológicamente. Arquitecturas: Cellular Array. Computación cuántica. Procesamiento paralelo. Dispositivos: Transistores basados en nanohilos metálicos. Transistores orgánicos/moleculares. Dispositivos basados en túnel directo. Memorias de cambio de fase. Dispositivos: Transistores basados en nanotubos. Spintronics. Transistores de un solo electrón (SET). Memorias de un solo electrón (SEM). Memorias moleculares. Materiales: Interconexiones: o Interconexiones ópticas. Materiales: Procesos de formación de hilos autoensamblados para estructuras sub-litográficas. o o o Interconexiones RF. Interconexiones mediante nanotubos. Interconexiones moleculares. Materiales superconductores a temperatura ambiente. Quantum dots. Canales: o o o Nanohilos de Silicio. Nanohilos basados en materiales III-V. Nanohilos moleculares. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 17

19 La evolución prevista para el Beyond CMOS se esquematiza a continuación: Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 18

20 Siguiendo este esquema, podemos hacer la siguiente primera aproximación al mapa de capacidades en el dominio Beyond CMOS en España: Domain Topics Applications Expertise Comments Universities Research Labs BEYOND CMOS ARCHITECTURES Parallel computing on-chip architectures for sensor applications. Parallel computing Interfaces to nanosensors Image Processing, Vision Image Processing Vision 350 nm to 180 nm technologies CNM-IMSE Nano-Antenna Arrays CNM-IMSE NoC Architectures Advances Platform-based SoC architectures DEVICES Single Electron Transistors Communication within multiprocessor platform Reusability between SoC generations Development of technologies for post- CMOS 32nm Logic Devices and memory concepts. Analysis DS2 Use DS2 Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 19

21 Nanowire FETs Spintronics Carbon Nanotube transistors Molecular electronics Logic Devices and memory concepts. Logic Devices and memory concepts. Ferromagnetics materials Logic Devices and memory concepts. Logic Devices and memory concepts. Data storage Electronic transport. Monte Carlo simulation. Ab-Initio/Pseudo empirical models. Compact modelling. First principle methods (LMTO GW- T) for spin dependent electronic properties calculation Electronic transport. Monte Carlo simulation. Ab-Initio/Pseudo empirical models. Compact modelling. Carbon Nanotubes Growth. Electronic excitations within metallic systems at nanoscale. Physical characterization of molecular materials. Model in molecular magnetism. UAB UGR UAM UAB UNIOVI UAB UGR UPCARTAG UCLM UAM UNIOVI UPCARTAG UV CNM-IMB CNM-IMM DIPC ICMM CNM-IMB DIPC CIDETEC CMIC ICMM Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 20

22 Tunnelling devices Logic Devices and memory concepts. Alternative Computation models: High-Speed / Lowpower multivalued, multithreshold circuits Theoretical skills RTD III-Vs CNM-IMB CNM-IMSE Quantizers Oscillators Frequency divisor Analog Design using Nanodevices Primitive functions for data converters and filters CNM-IMSE MATERIALS Electronic excitations in nanometric scale systems Electronics,Nanooptics, magneto-optic data storage. Linear response theory for electronic structure calculation DIPC Solar cell microscopy. Biological molecules sensing. Density functional theory, jellium model, GW approximation, and self-energy formalism Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 21

23 Quantum dots Quantum computation. Tight-binding methods for electronic structure calculations. Fabrication of structures based on quantum dots. Transport properties New materials for electronics Self-assembling processes for molecular and atomic structures High-T superconductors Soft lithography Nanoimprinting Logic Devices and computation. Energy storage Microwave filters for wide-band communications and radar. Nanostructures coatings Layer deposition and growth Photolithography Electrodeposition of nanolayers of semiconductors Quantum dots, Semiconductor nanocrystals: AlAs, InAs, GaAs, CdS, CdSe ISOM-UPM UB UC3M (aplicación) UNIOVI DIPC ICMM CNM-IMM CIDETEC INASMET CMIC, IFA CIDETEC CMIC Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 22

24 FET made with a single wall nanotube (SWNT) at CNM-IMB. SWNT transistors may form the basic building blocks for pushing CMOS technology beyond simple miniaturization of MOS transistors. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 23

25 El Dominio More than Moore En el campo de la micro/nanoelectrónica el dominio More Moore debe ser complementado con el More than More con objeto de incrementar la funcionalidad en tecnologías que no sean susceptibles de ser escaladas de acuerdo a la ley de Moore. En este dominio, ENIAC considera las tecnologías que en la actualidad quedan fuera del dominio More Moore; es decir, tecnologías microelectrónicas no-cmos. Ejemplos típicos son: tecnologías heterogéneas para implementar componentes de RF, dispositivos y circuitos de alta tensión (HV) para tracción, automoción y para circuitos directamente conectados a la red, incluyendo electrónica de iluminación y cargadores de baterías, así como sensores y actuadores para sistemas de seguridad en automoción. Uno de los principales retos en el dominio More than Moore consistirá en aumentar la variedad de procesos semiconductores que permitan la integración de nuevas funcionalidades, haciendo posible sistemas y subsistemas de menor tamaño, peso, coste y con un power management más eficiente. Se requerirá una multitud de tecnologías heterogéneas para integrar mecánica, potencia, fluídica, óptica, acústica, interfases directas con el cuerpo humano que permitirán la integración de sistemas/subsistemas micro/nanoelectrónicos que complementarán la inteligencia propia de los microprocesadores y de los subsistemas de memoria. El gráfico siguiente ilustra la interacción entre los dominios More Moore, More than Moore and Beyond CMOS. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 24

26 Radiofrecuencia El desarrollo de circuitos de comunicaciones multibanda y multimodo exige la integración de múltiples interfaces aire y antenas. Otro aspecto importante es la capacidad de sintonía de los circuitos RF. Por último, la integración de estos circuitos en terminales móviles o nodos autónomos para crear ambiente inteligente les demanda un muy bajo consumo. Prioridades: Incrementar la velocidad de trabajo de los dispositivos. Aumentar el rendimiento y reducir el consumo para alcanzar mayores tiempos de standby y menores pérdidas. Disminuir los niveles de ruido para aumentar el grado de integración RF- CMOS. Mejorar la sintonía a nivel de dispositivo/procesamiento para cumplir los requerimientos en aplicaciones de amplio espectro. Desarrollo de conexiones en chip y entre chips para aplicaciones de alta velocidad en encapsulado 3D. Reducir el factor de forma en arquitecturas RF. Estudio de sistemas de antena simplificados. Desarrollo de dispositivos pasivos de bajo coste, tamaño pequeño y alto rendimiento, como bobinas del alta Q, condensadores precisos, condensadores de alta densidad, interruptores de bajas pérdidas, filtros RF, condensadores ajustables Optimizar el factor Q para todos los componentes y reducir sus pérdidas con el substrato. Desarrollar tecnologías de integración de bloques RF activos y pasivos en módulos SiP. Desarrollo de circuitos RF reconfigurables. Desarrollo de modelos de componentes y dispositivos para frecuencias superiores a 60GHz. Agenda Estratégica de Investigación GENESIS - V.1 25

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