Imec posouvá vývoj škálovatelné technologie supravodičů s celosvětově prvními obvody z NbTiN a 30nm spojeními

Obrázek 1 – TDSEM a TEM snímek Josephsonova kontaktu z 2ML αSi-NbTiN

Obrázek 2 – TEM snímek 3ML NbTiN drátů a průchozího kontaktu

Obrázek 3 – Porovnání škálování drátů mezi NbTiN dráty vyrobenými v imec a špičkovými supraleitelnými dráty. TEM snímek 50 nm silného a 30 nm širokého NbTiN drátu (vloženo)

– Na konferenci „Applied Superconductivity“ 2026 představí imec dvě světové novinky: (1) Josephsonův kontakt založený na niobu-titanu nitridu (NbTiN) s třemi kovovými vrstvami (3ML), který dosahuje hustoty obvodů 3,8 milionu přechodů na cm2; a (2) 3ML-NbTiN vedení s supravodivými dráty, jejichž šířka vedení byla zredukována na bezprecedentních 30 nm pro supravodivé digitální (SCD) aplikace.
– Tyto úspěchy rozšiřují všestrannou výzkumnou platformu imec pro supravodivé technologie na bázi NbTiN, jejímž hlavním zaměřením jsou HPC a KI nové generace, stejně jako inovativní možnosti v oblastech řídicí logiky pro kvantové počítače, fotoniky a neuromorfní výpočetní aplikace.
– Výzkumná platforma imec pro supravodivé technologie je založena na procesu s 300mm, který je kompatibilní s CMOS procesy, a zahrnuje společnou optimalizaci technologií a procesů, prvků, integrovaných obvodů i architektonických a systémových parametrů.
– „Jsme připraveni posunout naši supravodivou technologii NbTiN na další úroveň a společně s průmyslovými partnery zahájit inovativní program pro supravodivou digitální techniku, zaměřený na foundries, hyperscalery a výrobce systémů.“ – Richard Rouse, imec.

Na začátku září 2026 představilo imec, celosvětově přední výzkumné a vývojové centrum pro pokročilé polovodičové technologie, na konferenci „Applied Superconductivity Conference (ASC) 2026“ supravodivou Josephsonovu kontaktovou obvodovou součást založenou na niobu-titanu nitridu (NbTiN) s třemi kovovými vrstvami (3ML), která dosahuje hustoty obvodů 3,8 milionu přechodů na cm2 – což je světový rekord. Dále byl představen 3ML-NbTiN rozvod s supravodivými dráty, jejichž šířka byla zredukována na bezprecedentních 30 nm. Tyto výsledky posilují všestrannou výzkumnou platformu imec na bázi NbTiN pro supravodivé technologie, určenou pro aplikace HPC a KI nové generace a dostupnou pro společné výzkumné a vývojové projekty s průmyslovými partnery. Program imec pro supravodivé digitální obvody je založen na CMOS-kompatibilní výrobní technologii, designu a heterogenní 2,5D a 3D integraci. Kromě HPC a KI program rovněž počítá s aplikacemi v řídicí logice pro kvantové počítače, fotonice a neuromorfní výpočetní technice.

Supravodivá technologie slibuje splnit rostoucí požadavky na vysokovýkonné výpočty (HPC) a akcelerátory výpočetních procesů pro umělou inteligenci (KI). Má potenciál výrazně překonat současnou nejmodernější CMOS technologii v oblasti energetické účinnosti (100krát), výpočetní hustoty (tisícinásobek) a přenosové šířky pásma (tisícinásobek). V oblasti front-endu prvků využívá supravodivá technologie rychlou a energeticky efektivní logiku, kterou nabízejí Josephsonovy kontaktové obvody. V zadní části pak supravodivé spoje zajišťují nulový elektrický odpor, což umožňuje přenos dat s extrémně nízkou spotřebou energie a minimálními ztrátami signálu.

Obvyklá supravodivá technologie na bázi niobu (Nb) však postrádá škálovatelnost, která je nezbytná pro plné využití potenciálu této technologie a otevření cest pro další aplikace. imec řeší problém škálovatelnosti prostřednictvím všestranné výzkumné platformy pro supravodivé technologie na bázi NbTiN, založené na procesech kompatibilních s CMOS s 300mm výrobními linkami. Vývoj směřuje ke společné optimalizaci technologií a procesů, prvků, integrovaných obvodů i architektonických a systémových parametrů.

Na ASC 2026 představí imec Josephsonovy kontaktové obvody na bázi NbTiN/aSi/NbTiN s až třemi kovovými vrstvami (ML). Dosahuje se přechodového průměru pouhých 150 nm, což umožňuje hustotu obvodů 3,8 milionu přechodů na cm2. Dále jsou předvedeny tři vrstvy vysoce hustých a nízkoztrátových NbTiN vodičů (drátů a průchodů), které lze využít pro integraci indukčností, pasivních přenosových linek, zemních ploch či taktovacích nebo výkonových rezonátorů. Kovové vodiče NbTiN byly zmenšeny na šířku 30 nm, což je přibližně desetkrát méně než u tradiční technologie na bázi Nb. U jak Josephsonových přechodových obvodů, tak spojovacích vodičů je možné regulovat supravodivé vlastnosti (tj. kritickou proudovou hustotu Jc nebo kritický proud Ic), což umožňuje široké spektrum cílových aplikací.

Richard Rouse, vedoucí programu pro supravodivé prvky v imec: „Naše programy pro supravodivé digitální prvky jsou určeny pro foundries, hyperscalery a výrobce systémů, abychom posunuli naši NbTiN supravodivou technologii na další úroveň. Program jsme postavili na třech pilířích: (1) výrobní technologie, (2) návrh a EDA podpora, a (3) škálování na systémové úrovni se zaměřením na 2,5D a 3D integraci, přičemž hlavním cílem je společná integrace supravodivých prvků s jinými technologiemi. Tento heterogenní přístup otevírá možnosti nejen v HPC a KI, ale i v kvantové kontrole a čtení, neuromorfním výpočtu či vysoce rozlišující detekci jednotlivých fotonů, například v oblasti kosmického výzkumu či biomedicíny.“