Fraunhofer IPMS breidt zijn 300 mm Quantum-technologieplatform uit voor de ontwikkeling van CMOS-compatibele quantumcomponenten

Wetenschappers van Polyteknik en Fraunhofer IPMS in de 300-mm cleanroom van Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Polyteknische Anlage in der 300-mm-Reinraum des Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Het Fraunhofer-Instituut voor Fotonische Mikrosystemen IPMS heeft zijn 300-mm-technologieplatform uitgebreid met een zeer flexibele PVD-installatie (Physical Vapor Deposition) en daarmee zijn competenties versterkt op het gebied van de ontwikkeling van CMOS-compatibele materialen en processen voor de volgende generatie quantumcomputers. Het nieuwe platform, geïnstalleerd in samenwerking met de fabrikant Polyteknik, maakt het mogelijk om supergeleidende dunne lagen te depositeren en te optimaliseren op 300-mm-wafers onder productienabije halfgeleiderfabricageomstandigheden. Dit is een belangrijke mijlpaal op weg naar de oprichting van een Europese quantumonderzoeksfabriek.

Het systeem vormt een belangrijke stap in de strategie van het Fraunhofer IPMS om een brug te slaan tussen fundamenteel onderzoek op het gebied van materiaalkunde en industriële halfgeleiderfabricage. »Schaalbaar quantumcomputing vereist fabricagetechnologieën die uitstekende materiaalkwaliteit combineren met halfgeleidercompatibele productieprocessen«, zegt Prof. Dr. Wenke Weinreich, directeur van het Fraunhofer IPMS. »Met dit nieuwe PVD-platform breiden we onze mogelijkheden uit om supergeleidende materialen te ontwikkelen en te kwalificeren onder CMOS-compatibele omstandigheden, en om hun overdracht naar industriële productie te versnellen. Dit is voor ons een belangrijke mijlpaal in de opbouw van een Europese quantumonderzoeksfabriek.«

Het Flextura-PVD-systeem van Polyteknik integreert meerdere depositietechnologieën en stelt onderzoekers in staat om complexe materiaallagen van metalen, nitriden en oxiden te ontwikkelen. Deze materiaalkombinaties vormen de basis voor supergeleidende schakelingen en andere essentiële componenten die nodig zijn voor toekomstige quantumprocessors. Eerste procesontwikkelingen hebben al veelbelovende supergeleidende eigenschappen getoond voor niobnitrid (NbN) en zirkoniumnitrid (ZrN), die direct op 300-mm-wafers zijn afgezet. Deze materialen, waarvan sommige voor het eerst door het Fraunhofer IPMS zijn gedemonstreerd, bieden enorme potentie, aldus Weinreich: »Onze resultaten tonen materiaaleigenschappen die overeenkomen met de in de wetenschappelijke literatuur vermelde waarden, en bewijzen daarmee de capaciteit van het platform om hoogpresterende quantummaterialen te ontwikkelen op een industriële 300-mm-waferformaat. We behalen deze referentie-eigenschappen bij hogere depositatiesnelheden en een uitstekende laaggelijkheid, terwijl de flexibiliteit van het systeem ons in staat stelt deze processen continu verder te verfijnen.«

Het nieuwe platform is volledig geïntegreerd in de 300-mm-cleanroomomgeving van het Fraunhofer IPMS en vult het procesportfolio van het instituut aan binnen het kader van de onderzoeksfabriek Mikroelektronik Deutschland (FMD). Daarnaast ondersteunt het meerdere belangrijke Europese pilotlijninitiatieven, zoals APECS, SUPREME en SPINS, die gericht zijn op het versterken van het Europese ecosysteem voor halfgeleider- en quantumtechnologie.

Naast de onderzoeksactiviteiten biedt de uitgebreide infrastructuur industriële partners directe toegang tot een gekwalificeerde 300-mm R&D-omgeving voor procesvalidatie, materiaalkwalificatie en technologieontwikkeling. Dit stelt bedrijven in staat om innovatieve materialen en componentconcepten te evalueren onder productieomstandigheden die zeer dicht bij toekomstige massaproductie liggen.

Opmerking over financiering:

De tool is aangeschaft in het kader van het SMWK-project »3D4QC«, dat mede gefinancierd wordt door de Vrijstaat Saksen en de Europese Unie.