Imec fait avancer le développement de la technologie supraconductrice évolutive avec les premiers circuits NbTiN au monde et des connexions de 30 nm

Figure 1 – TDSEM- et image TEM d'un contact Josephson à partir de 2ML αSi-NbTiN

Figure 2 – Image au TEM de fils 3ML NbTiN et de passages de câbles

Figure 3 – Comparaison de l’échelle du fil entre les fils NbTiN fabriqués chez imec et les fils supraconducteurs de pointe. Image TEM d’un fil NbTiN de 50 nm d’épaisseur et 30 nm de largeur (en surimpression)

– Lors de la conférence « Applied Superconductivity » 2026, imec présentera deux innovations mondiales : (1) un contact Josephson basé sur le nitrure de niobium-titane (NbTiN) avec trois couches métalliques (3ML), atteignant une densité de circuits de 3,8 millions de transitions par cm² ; et (2) une ligne de transmission 3ML en NbTiN avec des fils supraconducteurs, dont la largeur a été réduite à une valeur inégalée de 30 nm pour des applications numériques supraconductrices (SCD).
– Ces succès élargissent la plateforme de recherche polyvalente d’imec pour les technologies supraconductrices à base de NbTiN, dont le focus est sur le HPC et l’IA de nouvelle génération, ainsi que sur de nouvelles applications dans la logique de contrôle pour ordinateurs quantiques, la photonique et le calcul neuromorphe.
– La plateforme de recherche d’imec pour les technologies supraconductrices repose sur un processus de 300 mm compatible avec la CMOS, comprenant une optimisation conjointe des technologies et processus, des composants, des circuits intégrés ainsi que des indicateurs d’architecture et de système.
– « Nous sommes prêts à porter notre technologie de supraconducteurs NbTiN à un niveau supérieur et à lancer, en collaboration avec nos partenaires industriels, un programme innovant pour la technologie numérique supraconductrice, destiné aux fondeurs, hyperscalers et fabricants de systèmes. » – Richard Rouse, imec.

Début septembre 2026, imec, un centre mondial de recherche et développement de premier plan pour les technologies avancées de semi-conducteurs, a présenté lors de la « Applied Superconductivity Conference (ASC) 2026 » un circuit à contact Josephson basé sur le nitrure de niobium-titane (NbTiN) avec trois couches métalliques (3ML), atteignant une densité de 3,8 millions de transitions par cm² – une première mondiale. De plus, un routage 3ML en NbTiN avec des fils supraconducteurs dont la largeur a été réduite à un niveau sans précédent de 30 nm a été démontré. Ces résultats renforcent la plateforme de recherche polyvalente d’imec pour les technologies supraconductrices à base de NbTiN, destinée aux applications HPC et IA de nouvelle génération, et disponible pour des projets de recherche et développement conjoints avec l’industrie. Le programme d’imec pour les circuits numériques supraconducteurs repose sur une technologie de processus compatible CMOS, la conception, ainsi que l’intégration hétérogène en 2,5D et 3D. Outre les applications HPC et IA, le programme prévoit également des applications dans la logique de contrôle pour ordinateurs quantiques, la photonique et le calcul neuromorphe.

La technologie des supraconducteurs promet de répondre aux exigences croissantes dans le domaine du calcul haute performance (HPC) et des accélérateurs de calcul pour l’intelligence artificielle (IA). Elle a le potentiel de surpasser de manière significative la technologie CMOS la plus avancée actuelle en termes d’efficacité énergétique (100 fois), de densité de calcul (1 000 fois) et de bande passante (1 000 fois). Dans la partie frontale des composants, la technologie supraconductrice utilise la logique rapide et économe en énergie fournie par les circuits à contact Josephson. En arrière-plan, les connexions supraconductrices offrent une résistance électrique nulle, permettant de transmettre des données avec des pertes d’énergie et de signal extrêmement faibles.

Cependant, la technologie traditionnelle des supraconducteurs à base de niobium (Nb) manque de la scalabilité nécessaire pour exploiter pleinement le potentiel de cette technologie et ouvrir la voie à de nouveaux domaines d’application. imec aborde ce problème de scalabilité avec une plateforme de recherche polyvalente pour la technologie supraconductrice à base de NbTiN, basée sur des processus compatibles CMOS de 300 mm. Les développements visent une optimisation conjointe des technologies et processus, des composants, des circuits intégrés ainsi que des indicateurs d’architecture et de système.

Lors de l’ASC 2026, imec présentera des circuits à contact Josephson à base de NbTiN/aSi/NbTiN avec jusqu’à trois couches métalliques (ML). Des diamètres de transition de seulement 150 nm seront atteints, permettant une densité de circuits de 3,8 millions de transitions par cm². De plus, trois couches de lignes en NbTiN à haute densité et à faibles pertes (fils et vias) seront démontrées, pouvant être utilisées pour l’intégration d’inductances, de lignes de transmission passives, de plans de masse ainsi que de résonateurs de synchronisation ou de puissance. Les lignes métalliques en NbTiN ont été réduites à une largeur de 30 nm, soit environ dix fois moins que ce qui peut être réalisé avec la technologie traditionnelle à base de Nb. Tant pour les circuits à transition Josephson que pour les connexions, les propriétés supraconductrices (c’est-à-dire la densité de courant critique (Jc) ou le courant critique (Ic)) peuvent être ajustées de manière contrôlable pour couvrir un large éventail d’applications cibles.

Richard Rouse, responsable du programme pour les composants supraconducteurs chez imec : « Avec notre programme pour les composants numériques supraconducteurs, nous visons les fondeurs, hyperscalers et fabricants de systèmes afin de faire passer notre technologie de supraconducteurs NbTiN à un niveau supérieur. Nous avons structuré notre programme autour de trois piliers : (1) la technologie de processus, (2) la conception et le support EDA, ainsi que (3) la scalabilité au niveau système avec un accent sur l’intégration en 2,5D et 3D, en mettant l’accent sur l’intégration conjointe de composants supraconducteurs avec d’autres technologies. Cette approche hétérogène ouvre des possibilités au-delà du HPC et de l’IA, notamment dans la commande et la lecture de quanta, le calcul neuromorphe, ainsi que la détection de photons uniques à haute résolution, soutenant par exemple des applications dans l’aérospatiale et la biomédecine. »