超导数字电路 NbTiN 结构创新：百倍能效提升！

超越极限， NbTiN 电路引领能效革命！

科技快讯中文网

　　 12月27日消息，比利时imec微电子研究中心宣布，在本月7至11日在美国举办的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）超导材料的三种超导数字电源核心组件：互联（线路和通孔）、约瑟夫森结和MIM电容器。

　　 IMEC展示了其技术的可扩展性，并且与标准的300毫米（即12英寸）CMOS制造技术相兼容。这些超导结构还能够承受传统BEOL（后端工艺）中的420℃加工温度。这种兼容性和耐温性的结合，不仅意味着IMEC的技术在现有半导体生产线上具备高度可行性，而且也预示着超导技术在未来集成电路制造中的潜在广泛应用。这无疑为超导电子学领域的发展打开了新的大门，也为半导体行业带来了新的希望。

　　 在参数表现方面，imec的首代超导数字电路相较于采用传统7nm CMOS的系统，在能效上提升了100倍，性能提升了10至100倍。

　　 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超导互连上采用了半大马士革集成工艺来构建双金属层方案，实现了最小50nm的导线和通孔临界尺寸，具有超过13K的临界温度和大于120mA/μm²的临界电流密度。

　　 在约瑟夫森结部分，研究团队通过在两层超导材料NbTiN之间嵌入一层非晶态硅（aSi），成功实现了超过2.5mA/μm²的临界电流密度。这项技术突破不仅展示了在纳米尺度上控制超导性能的可能性，也为未来量子计算和超灵敏探测器的设计提供了新的方向。 这一进展标志着在实现更高性能超导器件方面迈出了重要的一步，同时也凸显了跨学科研究在推动科技前沿方面的重要作用。通过结合超导材料科学与纳米技术，科研人员能够探索出前所未有的物理现象和应用潜力。这不仅为科学研究开辟了新路径，也为相关产业的发展带来了新的机遇。

　　 IMEC 还展示了采用NbTiN电极的可调谐电容器技术，这种电容器基于HZO（Hf0.5Zr0.5O2）材料，具有约8fF/μm2的高电容密度。这项技术不仅在集成度上取得了显著进步，而且在性能上也达到了新的高度。随着半导体技术的不断进步，这类创新性的解决方案将为未来的电子设备带来更强大的功能和更高的能效。 这种高电容密度的电容器在微型化和高性能需求日益增长的背景下显得尤为重要。它不仅能够满足当前电子产品对更小尺寸和更高性能的要求，也为未来的技术发展提供了坚实的基础。此外，这一突破可能预示着在存储器和射频应用方面会有更多的创新和改进，值得业界密切关注。