Imec napędza rozwój skalowalnej technologii nadprzewodników z pierwszymi na świecie obwodami NbTiN i połączeniami o rozmiarze 30 nm

Rysunek 1 – Zdjęcie TDSEM i TEM kontaktu Josephsona z 2ML αSi-NbTiN

Rysunek 2 – Zdjęcie TEM drutów 3ML NbTiN i przelotowych połączeń

Rysunek 3 – Porównanie skalowania drutu między drutami NbTiN wyprodukowanymi przez imec a nowoczesnymi nadprzewodzącymi drutami. Zdjęcie TEM przedstawiające drut NbTiN o grubości 50 nm i szerokości 30 nm (wstawione)

– Na konferencji „Applied Superconductivity“ 2026 imec zaprezentuje dwie światowe nowości: (1) kontakt Josephsona oparty na niob-tytanowym azotku (NbTiN) z trzema warstwami metalowymi (3ML), które osiągają gęstość przełączników 3,8 miliona na cm2; oraz (2) 3ML-ścieżkę NbTiN z nadprzewodzącymi drutami, której szerokość przewodzenia została zredukowana do bezprecedensowych 30 nm dla nadprzewodzących cyfrowych (SCD) zastosowań.
– Te osiągnięcia poszerzają wszechstronną platformę badawczą imec dla nadprzewodzących technologii opartych na NbTiN, której głównym obszarem są HPC i KI najnowszej generacji oraz nowe możliwości zastosowań w zakresie logiki sterowania dla komputerów kwantowych, fotoniki i neuromorficznych obliczeń.
– Platforma badawcza imec dla nadprzewodzących technologii opiera się na procesie 300 mm, kompatybilnym z technologiami CMOS, i obejmuje wspólną optymalizację technologii i procesów, elementów, układów scalonych oraz wskaźników architektury i systemów.
– „Jesteśmy gotowi, aby podnieść naszą technologię nadprzewodzących materiałów NbTiN na wyższy poziom i wspólnie z partnerami przemysłowymi uruchomić nowatorski program dla nadprzewodzącej cyfrowej technologii, skierowany do foundrii, hyperscalerów oraz producentów systemów.“ – Richard Rouse, imec.

Na początku września 2026 roku imec, światowy lider w dziedzinie badań i rozwoju zaawansowanych technologii półprzewodnikowych, zaprezentował na „Applied Superconductivity Conference (ASC) 2026“ obwód kontaktu Josephsona oparty na niob-tytanowym azotku (NbTiN) z trzema warstwami metali (3ML), osiągający gęstość przełączników 3,8 miliona na cm2 – światowy rekord. Ponadto zaprezentowano 3ML-ścieżkę NbTiN z nadprzewodzącymi drutami, których szerokość została zredukowana do bezprecedensowych 30 nm. Wyniki te wzmacniają wszechstronną platformę badawczą imec dla nadprzewodzących technologii opartych na NbTiN, przeznaczoną dla zastosowań HPC i KI najnowszej generacji oraz dostępnych do wspólnych projektów badawczo-rozwojowych z przemysłem. Program imec dla nadprzewodzących układów cyfrowych opiera się na technologii CMOS, projektowaniu oraz heterogenicznej integracji 2,5D i 3D. Oprócz zastosowań w HPC i KI, program przewiduje także zastosowania w zakresie logiki sterowania dla komputerów kwantowych, fotoniki i neuromorficznych obliczeń.

Technologia nadprzewodząca obiecuje sprostać rosnącym wymaganiom w dziedzinie obliczeń wysokiej wydajności (HPC) i przyspieszaczy obliczeniowych dla sztucznej inteligencji (KI). Ma potencjał, aby znacznie przewyższyć obecnie najnowocześniejszą technologię CMOS pod względem energooszczędności (100-krotnie), gęstości obliczeń (1000-krotnie) i przepustowości (1000-krotnie). W części wejściowej elementów technologia nadprzewodząca wykorzystuje szybkie i energooszczędne logiki, które oferują obwody kontaktu Josephsona. W części wyjściowej nadprzewodzące połączenia zapewniają zerowy opór elektryczny, co umożliwia przesyłanie danych z ekstremalnie niskimi stratami energii i sygnału.

Tradycyjna technologia nadprzewodząca oparta na niobie (Nb) brakuje skalowalności, która jest niezbędna do pełnego wykorzystania potencjału tej technologii i otwarcia drogi dla dalszych zastosowań. Imec rozwiązuje problem skalowalności za pomocą wszechstronnej platformy badawczej dla nadprzewodzących technologii opartych na NbTiN, bazującej na procesach kompatybilnych z CMOS o rozmiarze 300 mm. Rozwój ten koncentruje się na wspólnej optymalizacji technologii i procesów, elementów, układów scalonych oraz wskaźników architektury i systemów.

Na ASC 2026 imec zaprezentuje obwody kontaktu Josephsona oparte na NbTiN/aSi/NbTiN z do trzech warstw metalowych (ML). Uzyskuje się średnicę przejścia zaledwie 150 nm, co pozwala na gęstość przełączników 3,8 miliona na cm2. Ponadto zaprezentowano trzy warstwy wysokiej gęstości i niskich strat przewodów NbTiN (drutów i przezłączeń), które mogą być wykorzystywane do integracji indukcyjności, pasywnych linii transmisyjnych, powierzchni masy oraz rezonatorów taktowych lub mocy. Metalowe przewody NbTiN zostały zredukowane do szerokości 30 nm, co jest około dziesięć razy mniejsze niż osiągalne w tradycyjnej technologii opartej na Nb. Zarówno w przypadku obwodów Josephsona, jak i połączeń, nadprzewodzące właściwości (tj. krytyczna gęstość prądu Jc lub krytyczny prąd Ic) można kontrolować i dostosowywać, aby objąć szeroki zakres docelowych zastosowań.

Richard Rouse, kierownik programu nadprzewodzących elementów w imec: „Naszym celem jest podniesienie naszej technologii nadprzewodzących elementów cyfrowych na wyższy poziom i wspólne z partnerami przemysłowymi uruchomienie nowatorskiego programu dla nadprzewodzącej technologii cyfrowej. Program opieramy na trzech filarach: (1) technologii procesowej, (2) projektowaniu i wsparciu EDA oraz (3) skalowaniu na poziomie systemowym, ze szczególnym naciskiem na integrację 2,5D i 3D, z głównym naciskiem na wspólną integrację nadprzewodzących elementów z innymi technologiami. Ten heterogeniczny podejście otwiera możliwości wykraczające poza HPC i KI, obejmujące kontrolę i odczyt kwantowy, neuromorficzne obliczenia oraz wysokorozdzielcze detekcje pojedynczych fotonów, wspierając na przykład zastosowania w kosmonautyce i medycynie.”