近日，比利時(shí)微電子研究中心imec宣布了一項(xiàng)在超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域取得的重大突破。在IEEE IEDM 2024國(guó)際電子器件會(huì)議上，imec展示了基于NbTiN（氮化鈦鈮）材料的超導(dǎo)數(shù)字電源核心組件，包括互聯(lián)結(jié)構(gòu)、約瑟夫森結(jié)以及MIM電容器。
imec強(qiáng)調(diào)，這些展示的技術(shù)不僅具備高度的可擴(kuò)展性，還能與當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的300毫米CMOS制造工藝相兼容。更令人矚目的是，這些超導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠承受后端工藝中高達(dá)420℃的加工溫度，這對(duì)于傳統(tǒng)工藝而言是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
在性能參數(shù)方面，imec的第一代超導(dǎo)數(shù)字電路相較于基于7納米CMOS技術(shù)的系統(tǒng)，能效提升了驚人的100倍，性能更是提升了10至100倍。這一成果無(wú)疑為超導(dǎo)技術(shù)在未來(lái)電子器件中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。
imec詳細(xì)闡述了其超導(dǎo)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。在NbTiN超導(dǎo)互聯(lián)方面，imec采用了半大馬士革集成工藝，構(gòu)建了雙金屬級(jí)方案，實(shí)現(xiàn)了50納米級(jí)別的導(dǎo)線和通孔臨界尺寸。同時(shí)，這些互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有超過(guò)13K的臨界溫度和120 mA/μm2的臨界電流密度，表現(xiàn)出色。
在約瑟夫森結(jié)方面，imec通過(guò)在兩個(gè)超導(dǎo)NbTiN層之間夾入aSi非晶態(tài)硅，實(shí)現(xiàn)了大于2.5 mA/μm2的臨界電流密度。這一成果為超導(dǎo)電路中的關(guān)鍵組件提供了新的解決方案。
imec還展示了使用NbTiN電極、基于HZO（Hf0.5Zr0.5O2）材料的可調(diào)諧電容器。該電容器具有高達(dá)8 fF/μm2的電容密度，為超導(dǎo)電路中的電容需求提供了高效且可靠的解決方案。
