Aktuelle Fortschritte bei Halbleitern und System-on-Chips – Globales Technologie-Forum ISSCC 2003

Die International Solid-State Circuits Conference ISSCC 2003 ist ein globales Technologie-Forum und stellt vom 9. bis 13. Februar in San Francisco aktuelle Fortschritte bei Halbleitern und System-on-Chips vor.

Die Forscher von Infineon sind auf der diesjährigen Konferenz gut vertreten und halten sieben Vorträge zu unterschiedlichen Themen. Dazu gehören Fortschritte in neuen Applikationen für CMOS-Chip-Technologien, einschließlich Bio-Sensor-Arrays, flexible organische Schaltungen oder intelligente Textilien. Darüber hinaus erläutert Infineon auch neue Entwicklungen bei schnellen Kommunikations-Chips und stellt die Ergebnisse gemeinsamer Forschungsprojekte bei Speicher-ICs vor. Die Titel sowie kurze Zusammenfassungen der Vorträge sind im Folgenden widergegeben:

Neue CMOS-Chip-Applikationen
Vortrag 12.6 – A 128 x 128 CMOS Bio-Sensor Array for Extracellular Recording of Neural Activity: 11. Februar

Dieser Vortrag des Infineon Corporate Research Centers beschreibt einen Bio-Sensor-Array-Chip, der die Kommunikation zwischen lebenden Zellen und einer CMOS-Schaltung ermöglicht. Der Chip bietet 16.384 kapazitive Sensoren in einem Array (128 x 128) auf einer Chipfläche von nur 1 mm x 1 mm. Die spezielle Oberfläche und das besondere Chip-Design erlauben die Aufzeichnung von extra-zellularen Signalen eines neuronalen Gewebes, dessen elektrische Empfindlichkeit in der Größenordnung von 100 µV bis 5 mV (Spitze-Spitze) liegt. Erste biologische Laboruntersuchungen mit Zellen von einem Schnecken-Gehirn wurden vom Projektpartner Infineons, dem Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried, durchgeführt. Die Versuche waren erfolgreich und zeigten, dass der Neuro-Chip von Infineon neue Einblicke im Bereich der neuronalen Wissenschaften ermöglichen kann. Dieser technische Durchbruch eröffnet einen neuen Weg für schnelle und statistisch signifikante zell-basierte Pharma-Untersuchungen.

Vortrag 21.6 – Evaluation of the Performance Potential of Organic TFT Circuits: 12. Februar

Infineon-Forscher haben ein breites Spektrum an Prozessen entwickelt, die auf vielfältige Art und Weise kombiniert werden können, um qualitativ hochwertige organische Transistoren und Schaltungen herstellen zu können. Dabei werden konventionelle Chip-Fertigungstechniken wie Abscheide- und Fotolithographie-Prozesse sowie Mikrodrucktechniken eingesetzt. Diese Prozesse sind auf flexible organische und preiswerte Polymer-Materialien – wie etwa Papiersubstrate – anwendbar. Der ISSCC-Vortrag beschreibt die Entwicklung von Schaltungs-Modellen und -Designs für die speziellen Anforderungen der Polymer-Elektronik. Das entwickelte Modell ist exakt und dabei sehr flexibel, was eine schnelle Optimierung der Schaltung und Technologie für das eigentliche Produkt-Design ermöglicht. Die erreichten Resultate und künftigen Weiterentwicklungen lassen für diese Technologie ein Potenzial für Schaltungen mit bis zu 150 kHz erwarten.

Vortrag 22.1 – Enabling Technologies for Disappearing Electronics in Smart Textiles: 12. Februar

Einen wesentlichen Schritt in bezug auf die Integration von Elektronik in Kleidung werden Infineon-Forscher auf der ISSCC vorstellen. Sie präsentieren die nahtlose Integration von Elektronik in Kleidung auf Basis einer innovativen Gehäuse- und Verbindungstechnologie, die auch das Waschen und Trocknen der Kleidung ohne Entfernen der Elektronik ermöglicht. Ein Demonstrationssystem mit einem MP3-Player in einer Jacke zeigt das Potenzial dieser Technologie auf. Darüber hinaus wird Infineon einen Silizium-basierten mikromechanischen Thermogenerator präsentieren, der schon geringe Temperaturdifferenzen für die Energieerzeugung nutzen kann. Die Gehäuse- und Verbindungs-Technologie für die Integration von Elektronik in Textilien erlaubt völlig neue elektronische Applikationen. Zunächst könnten Anwendungen in den Bereichen Logistik, Konsumer-Elektronik oder Medizin von weitergehenden Produktentwicklungen profitieren.

High-Speed-Kommunikation
SE2 – Design of SiGe Bipolar Circuits for 40+Gb/s Applications: 9. Februar

Weitere Fortschritte bei der Miniaturisierung und Dotierungs-Optimierung ermöglichten die Implementierung von bipolaren SiGe (Silizium Germanium)-Transistoren mit beeindruckenden Leistungsmerkmalen wie Grenzfrequenzen von 200 GHz oder Gatter-Verzögerungen von nur 5 ps. Dadurch werden diese Bauelemente zu einer attraktiven Alternative für Applikationen mit 40 Gbit/s und mehr. Die Präsentation fokussiert auf die Design-Aspekte für schnelle SiGe-Schaltungen und diskutiert den Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Leistungsaufnahme. Schaltungs-Topologien und Layout-Aspekte werden für die wichtigsten Funktionsblöcke wie Logikgatter, Flip-Flops und Multiplexer vorgestellt. Auf Basis dieser Schaltungsblöcke wurde ein integrierter Zufallsgenerator (Pseudo-Random-Bit) realisiert, der hohe Funktionalität mit hohen Datenraten und geringer Leistungsaufnahme kombiniert.
Vortrag 19.6 – 40 Gb/sec 2:1 Multiplexer and 1:2 Demultiplexer in 120nm CMOS: 12. Februar
Das Design sehr schneller Systeme ist immer mehr dadurch gekennzeichnet, dass schnelle Prozessoren durch die relativ langsame Kommunikation mit Off-Chip-Komponenten wie Speicher, Grafikdisplays oder Disketten-Laufwerken gebremst werden. Um mit den steigenden Prozessor-Geschwindigkeiten mitzuhalten, müssen die Ein-/Ausgabe-Schaltungen für die Off-Chip-Kommunikation schneller werden. Infineon wird die Entwicklung von Multiplexer/Demultiplexer-Schaltungen vorstellen, die Datenraten von bis zu 40 Gbit/s auf einer Leitung erreichen. Dieser neue Maßstab für die Chip-to-Chip-Kommunikation für CMOS-basierte Schaltungen macht deutlich, dass Ein- und Ausgänge nicht die limitierenden Faktoren für ein Elektronik-System sein müssen.

Speicher-Chip-Design
Vortrag 16.3 – A 32Mb Chain FeRAM with Segment / Stitch Array Architecture: 11. Februar

Dieser Vortrag beschreibt die wesentlichen Schaltungsmerkmale einer FeRAM (Ferro-electric Random Access Memory) Chip-Architektur. Die FeRAM-Speicher-Architektur kombiniert die praktisch unbegrenzten Schreib-/Lese-Zyklen von DRAMs mit der nichtflüchtigen Flash-Speichertechnik zu einer universellen Speichertechnologie für moderne mobile Applikationen. Das präsentierte 32-Mbit-Chain-FeRAM ist eine gemeinsame Entwicklung der Toshiba Corp., Japan, und Infineon Technologies.

Vortrag 26.3 – A 1.5V, 1.7ns 4kx32 SRAM with a Fully-Differential Auto-Power-Down Current Sense Amplifier: 12. Februar

Ständig steigende Speicher- und große Bit-line-Kapazitäten machen einen schnellen Speicherzugriff zunehmend schwierig. Dies gilt insbesondere für SRAMs (Static Random Access Memory). Für den schnellen Speicherzugriff sind Verstärkerschaltungen auf den Chips erforderlich. Dabei sind stromgesteuerte Verstärker (Current-Sense) wesentlich schneller als konventionelle Voltage-Sense-Verstärker, da sie nicht mit dem relativ großen Spannungs-Hub durch die kapazitiven Bitlines behaftet sind. Dieser Vortrag stellt den ersten differenziellen Current-Sense-Verstärker vor, der mit Versorgungsspannungen bis herunter zu 0,7 V arbeitet. Eine effiziente Power-Down- und robuste Pre-Charge-Funktionalität beseitigt die bisher bestehenden wesentlichen Einschränkungen für den praktischen Einsatz von Current-Sense-Verstärkern. Für die Implementierung eines 4kx32-bit-Dual-Port-SRAMs mit 1,5 V Versorgungsspannung in 130-nm-CMOS-Technik konnte eine Zugriffszeit von nur noch 1,7 ns gemessen werden. Diese Arbeit basiert auf einer Kooperation mit dem Institut für Technische Elektronik an der Technischen Universität in München.

Infineon Technologies AG
Media Relations:

Reiner Schönrock
Tel.: ++49 89 234-29593
Fax: -28482
E-mail: reiner.schoenrock@infineon.com