Imec avanza nello sviluppo di tecnologia superconduttiva scalabile con i primi circuiti NbTiN al mondo e connessioni da 30 nm

Figura 1 – Immagine TDSEM e TEM di un contatto Josephson da 2ML αSi-NbTiN

Figura 2 – Immagine TEM di fili 3ML NbTiN e interconnessioni through-hole

Figura 3 – Confronto della scalatura dei fili tra i fili NbTiN prodotti da imec e i fili superconduttori all'avanguardia. Immagine TEM di un filo NbTiN spesso 50 nm e largo 30 nm (inserito)

– Alla conferenza „Superconduttività Applicata“ 2026, imec presenta due innovazioni mondiali: (1) un contatto Josephson basato su Niobio-Titan Nitrido (NbTiN) con tre livelli metallici (3ML), che raggiunge una densità di circuiti di 3,8 milioni di transizioni per cm2; e (2) una linea di trasmissione 3ML NbTiN con fili superconduttori, la cui larghezza di linea è stata ridotta a un incredibile 30 nm per applicazioni digitali superconduttive (SCD).
– Questi successi ampliano la piattaforma di ricerca versatile di imec per le tecnologie superconduttive a base di NbTiN, focalizzata su HPC e IA di nuova generazione, nonché su nuove applicazioni in logica di controllo per computer quantistici, fotonica e calcolo neuromorfico.
– La piattaforma di ricerca di imec per le tecnologie superconduttive si basa su un processo da 300 mm compatibile con CMOS, e comprende l’ottimizzazione congiunta di tecnologie e processi, dispositivi, circuiti integrati, nonché metriche architetturali e di sistema.
– „Siamo pronti a portare la nostra tecnologia superconduttiva NbTiN al livello successivo e a collaborare con partner industriali per avviare un nuovo programma di tecnologia digitale superconduttiva, rivolto a fonderie, hyperscaler e produttori di sistemi.“ – Richard Rouse, imec.

All'inizio di settembre 2026, imec, centro di ricerca e sviluppo leader mondiale nelle tecnologie avanzate dei semiconduttori, ha presentato alla „Applied Superconductivity Conference (ASC) 2026“ un circuito con contatto Josephson basato su Niobio-Titan Nitrido (NbTiN) con tre livelli metallici (3ML), che raggiunge una densità di 3,8 milioni di transizioni per cm2 – una prima mondiale. Inoltre, è stato dimostrato un routing 3ML NbTiN con fili superconduttori, la cui larghezza di linea è stata ridotta a un record di 30 nm. Questi risultati rafforzano la piattaforma di ricerca versatile di imec, basata su NbTiN, per le tecnologie superconduttive, destinata a applicazioni di HPC e IA di prossima generazione, e disponibile per progetti di ricerca e sviluppo con partner industriali. Il programma di imec per circuiti digitali superconduttivi si basa su una tecnologia di processo compatibile con CMOS, progettazione e integrazione eterogenea 2,5D e 3D. Oltre alle applicazioni HPC e IA, il programma prevede anche applicazioni in logica di controllo per computer quantistici, fotonica e calcolo neuromorfico.

La tecnologia superconduttiva promette di soddisfare le crescenti esigenze nel campo del calcolo ad alte prestazioni (HPC) e dei acceleratori di calcolo per intelligenza artificiale (IA). Ha il potenziale di superare significativamente l’attuale tecnologia CMOS più avanzata in termini di efficienza energetica (100 volte), densità di calcolo (1.000 volte) e larghezza di banda di trasmissione (1.000 volte). Nel frontend dei dispositivi, la tecnologia superconduttiva utilizza la logica rapida ed efficiente dal punto di vista energetico offerta dai circuiti Josephson. Nel backend, le connessioni superconduttive garantiscono una resistenza elettrica nulla, consentendo la trasmissione di dati con perdite di energia e segnale estremamente ridotte.

Tuttavia, la tecnologia superconduttiva tradizionale a base di Niobio (Nb) manca di scalabilità necessaria per sfruttare appieno il potenziale di questa tecnologia e aprire la strada a ulteriori applicazioni. imec affronta il problema della scalabilità con una piattaforma di ricerca versatile per la tecnologia superconduttiva a base di NbTiN, basata su processi compatibili con CMOS da 300 mm. Gli sviluppi mirano all’ottimizzazione congiunta di tecnologie e processi, dispositivi, circuiti integrati, nonché di metriche architetturali e di sistema.

Alla ASC 2026, imec presenterà circuiti con contatto Josephson su base NbTiN/aSi/NbTiN con fino a tre livelli metallici (ML). Si raggiungono diametri di transizione di soli 150 nm, consentendo una densità di circuiti di 3,8 milioni di transizioni per cm2. Inoltre, vengono dimostrati tre strati di fili NbTiN ad alta densità e basso perdita (fili e passanti), utilizzabili per integrare induttanze, linee di trasmissione passive, piani di massa e risonatori di clock o di potenza. I fili metallici NbTiN sono stati ridotti a una larghezza di 30 nm, circa dieci volte inferiore a quella raggiungibile con la tecnologia tradizionale a base di Nb. Sia nei circuiti Josephson che nelle connessioni, le proprietà superconduttive (cioè la densità di corrente critica Jc e la corrente critica Ic) possono essere controllate e regolate per coprire un ampio spettro di applicazioni target.

Richard Rouse, responsabile del programma di dispositivi superconduttivi di imec: „Con il nostro programma di dispositivi digitali superconduttivi, ci rivolgiamo a fonderie, hyperscaler e produttori di sistemi per portare la nostra tecnologia superconduttiva NbTiN al livello successivo. Il nostro programma si basa su tre pilastri: (1) tecnologia di processo, (2) progettazione e supporto EDA, e (3) scalabilità a livello di sistema, con un focus sull’integrazione 2,5D e 3D, mettendo al centro l’integrazione con altri dispositivi superconduttivi. Questo approccio eterogeneo apre possibilità oltre HPC e IA, tra cui controllo e lettura di sistemi quantistici, calcolo neuromorfico e rilevamento di singoli fotoni ad alta risoluzione, utili ad esempio in spazio e biomedicina.“