Imec elősegíti a méretezhető szupervezető technológia fejlesztését a világ első NbTiN kapcsolási áramköröivel és 30 nm-es összeköttetésekkel

Ábra 1 – TDSEM- és TEM-felvétel egy Josephson-érintkezésről 2ML αSi-NbTiN-ből

Ábra 2 – TEM felvétel a 3ML NbTiN-szálakról és az átvezetésekről

Ábra 3 – A huzalskálázás összehasonlítása az imec által gyártott NbTiN huzalok és a csúcstechnológiás szupervezető huzalok között. TEM-felvétel egy 50 nm vastag és 30 nm széles NbTiN huzalról (beékelve)

– Az „Applied Superconductivity“ 2026 konferencián az imec két világszínvonalú újdonságot mutat be: (1) egy Josephson-kapcsolatot Niob-Titán-Nitrid (NbTiN) alapú három fémréteggel (3ML), amely 3,8 millió átmenetet ér el cm2-ként; és (2) egy 3ML-NbTiN-vezető vonalat szupervezető drótokkal, melyek vezetési szélességét a szupervezető digitális (SCD-) alkalmazásokhoz példátlan 30 nm-re csökkentették.
– Ezek az eredmények bővítik az imec sokoldalú kutatási platformját a NbTiN-alapú szupervezető technológiák terén, melynek fókuszában a következő generációs HPC és MI, valamint új alkalmazási lehetőségek állnak a kvantumszámítógépek vezérlőlogikája, fotonika és neuromorfológiai számítási alkalmazások területén.
– Az imec szupervezető technológiai kutatási platformja a CMOS-kompatibilis 300 mm-es folyamatokra épül, és magában foglalja a technológiák és folyamatok közös optimalizálását, az eszközöket, az integrált áramköröket, valamint az architektúra- és rendszermutatókat.
– „Kész vagyunk arra, hogy a NbTiN szupervezető technológiánkat a következő szintre emeljük, és közösen indítunk egy új típusú programot a szupervezető digitális technológia számára az ipari partnerekkel, amely a gyártókra, a hyperscalerekre és a rendszergyártókra irányul.” – Richard Rouse, imec.

2026 szeptemberének elején az imec, egy világszerte vezető kutatási és fejlesztési központ a fejlett félvezető technológiák terén, bemutatta a „Applied Superconductivity Conference (ASC) 2026” konferencián a Niob-Titán-Nitrid (NbTiN) alapú Josephson-kapcsolási áramkört három fémréteggel (3ML), amely 3,8 millió átmenetet ér el cm2-ként – ez világrekord. Emellett bemutattak egy 3ML-NbTiN-útvonalat szupervezető drótokkal, melyek vezetési szélességét a példátlan 30 nm-re csökkentették. Ezek az eredmények megerősítik az imec sokoldalú, NbTiN-alapú kutatási platformját a szupervezető technológiák terén, amely a következő generációs HPC és MI alkalmazásokra készült, és közös kutatási és fejlesztési projektekhez áll rendelkezésre az ipari partnerekkel. Az imec szupervezető digitális áramkörökre vonatkozó programja a CMOS-kompatibilis folyamattechnológián, a tervezésen, valamint a heterogén 2,5D- és 3D-integráción alapul. A program nemcsak HPC- és MI alkalmazásokat céloz meg, hanem a kvantumszámítógépek vezérlőlogikája, fotonika és neuromorfológiai számítási területeken is alkalmazásokat kínál.

A szupervezető technológia ígéretes lehetőséget nyújt arra, hogy megfeleljen a nagy teljesítményű számítás (HPC) és a mesterséges intelligencia (MI) gyorsan növekvő igényeinek. Potenciálisan jelentősen felülmúlhatja a jelenleg legmodernebb CMOS-technológiát energiahatékonyságban (100-szoros), számítási sűrűségben (1000-szeres) és átviteli sávszélességben (1000-szeres). Az eszközök frontendjén a szupervezető technológia a gyors és energiahatékony logikát használja, amit Josephson-kapcsolási áramkörök kínálnak. A backendben a szupervezető kapcsolatok null elektromos ellenállást biztosítanak, így adatokat rendkívül alacsony energia- és jelveszteséggel lehet továbbítani.

Azonban a Niob (Nb) alapú hagyományos szupervezető technológia nem rendelkezik azzal a skálázhatósággal, amely szükséges ahhoz, hogy teljes mértékben kiaknázza ennek a technológiának a potenciálját, és további alkalmazási területeket nyisson meg. Az imec a skálázhatóság problémáját egy sokoldalú NbTiN-alapú szupervezető technológiai platformmal kezeli, amely a CMOS-kompatibilis 300 mm-es folyamatokra épül. A fejlesztések célja a technológiák és folyamatok, az eszközök, az integrált áramkörök, valamint az architektúra- és rendszermutatók közös optimalizálása.

Az ASC 2026-on az imec bemutatja a NbTiN/aSi/NbTiN alapú Josephson-kapcsolási áramköröket akár három fémréteggel (ML). Csak 150 nm-es átmeneti átmérőket érnek el, ami lehetővé teszi a 3,8 millió átmenetet cm2-ként. Emellett három réteg magas sűrűségű és veszteségmentes NbTiN-vezető (drótok és átmenővezetékek) kerül bemutatásra, amelyek induktivitások, passzív átviteli vonalak, földelési felületek, valamint óra- vagy teljesítményrezonátorok integrálására használhatók. A NbTiN-fémvezetékek vezetési szélességét 30 nm-re csökkentették, ez körülbelül tízszer kisebb, mint amit hagyományos Nb-alapú technológiával el lehet érni. Mind a Josephson-átmeneti kapcsolások, mind a kapcsolódó vezetékek esetében a szupervezető tulajdonságokat (azaz a kritikus áram sűrűségét (Jc) vagy a kritikus áramot (Ic)) kontrolláltan lehet beállítani, hogy széles alkalmazási spektrumot fedjenek le.

Richard Rouse, az imec szupervezető eszközök programvezetője: „A szupervezető digitális eszközök programunkkal a gyártókra, a hyperscalerekre és a rendszergyártókra irányulva szeretnénk a NbTiN szupervezető technológiánkat a következő szintre emelni. Programunk három pillérre épül: (1) folyamattechnológia, (2) tervezés és EDA-támogatás, valamint (3) rendszer szintű skálázás, különösen a 2,5D- és 3D-integrációra, ahol a szupervezető eszközök más technológiákkal való közös integrációja áll a középpontban. Ez a heterogén megközelítés lehetőséget nyújt a HPC és MI mellett kvantumvezérlésre és -olvasásra, neuromorfológiai számításokra, valamint magas felbontású egyfoton-érzékelésre, amelyek például az űrkutatásban és az orvostudományban hasznosíthatók.”