imec 展示 NbTiN 超导数字电路关键结构，可实现百倍能效提升

IT之家 12 月 27 日消息，比利时 imec 微电子研究中心表示，在本月 7~11 日于美国举行的 IEEE IEDM 2024 国际电子器件会议上，该机构展示了基于 NbTiN（氮化钛铌）超导材料的三类超导数字电源关键模块：互联（电线和通孔）、约瑟夫森结和 MIM 电容器。

imec 表示其展示的技术具有可扩展性，与标准 300mm（IT之家注：即 12 英寸）CMOS 制造技术兼容，这些超导结构还能承受传统 BEOL 后端工艺中的 420℃ 加工温度。

而在参数表现上，imec 的第一代超导数字电路较基于常规 7nm CMOS 的系统能效提高了 100 倍、性能提升了 10~100 倍。

▲ 超导电路结构，图源 imec

imec 宣称其 NbTiN 互联、约瑟夫森结、MIM 电容器均满足了所设想系统的工艺规范：

• imec 在 NbTiN 超导互联上采用半大马士革集成工艺构建双金属级方案，实现了低至 50nm 的导线和通孔临界尺寸，拥有高于 13K 的临界温度和大于 120 mA/μm2的临界电流密度；

• 而在约瑟夫森结部分，其通过夹在两个超导 NbTiN 层之间的 aSi 非晶态硅实现了大于 2.5 mA/μm2的临界电流密度；

• imec 还展示了使用 NbTiN 电极、基于 HZO（Hf0.5Zr0.5O2）材料的可调谐电容器，该电容器具有约 8 fF/μm2 的高电容密度。