imec 将铌钛氮超导电路制程缩小至 30 纳米

比利时微电子研究中心（imec）研发出基于铌钛氮（NbTiN）的三层金属超导电路，电路设计密度达到每平方厘米 380 万个约瑟夫森结。这家比利时研发机构还将铌钛氮超导互连线的线宽缩小至 30 纳米，称该成果为全球首创。

该研发旨在提升超导电子器件的可扩展性，面向高性能计算（HPC）、AI 加速器以及其他计算密集型系统。

面向人工智能与高性能计算的超导技术

对于EEPW的读者而言，这项研究意义重大：面对先进 CMOS 系统日益凸显的功耗与互连瓶颈，超导电路提供了一条破局路径。imec 采用与 300 毫米 CMOS 工艺兼容的技术开展研发，使其有望和现有半导体制造基础设施结合，具备很高的实用价值。

超导技术依靠约瑟夫森结实现高速、低功耗逻辑运算，而超导互连线几乎可以实现零电阻。imec 表示，相比当前 CMOS 方案，该技术的能效可提升 100 倍，计算密度提升 1000 倍，广播带宽同样提升 1000 倍。

但传统铌基超导工艺很难做到高密度计算系统所需的微小尺寸。

imec 的铌钛氮技术平台，通过工艺开发、器件、集成电路以及系统层面协同优化，来解决上述技术局限。

结密度达到每平方厘米 380 万个

在 2026 年应用超导大会（ASC）上，imec 展示了最多三层金属结构的 NbTiN/αSi/NbTiN 约瑟夫森结电路。约瑟夫森结的直径缩小至 150 纳米，实现每平方厘米 380 万个结的电路设计密度。

该研究团队还实现三层高密度、低损耗的铌钛氮布线，可用于制作电感、无源传输线、接地平面以及时钟 / 功率谐振器等结构。

超导导线线宽被缩小至 30 纳米，imec 称该尺寸约为传统铌基工艺可实现尺寸的十分之一。同时，约瑟夫森结与互连线的临界电流特性均可按需调谐，适配多样化应用场景。

应用拓展至计算之外的更多领域

imec 的超导数字项目围绕三大方向布局：工艺技术、设计与电子设计自动化（EDA）工具、2.5D/3D 异构集成。

imec 超导数字项目负责人理查德・劳斯（Richard Rouse）表示：“我们的超导数字项目面向晶圆代工厂、超大规模云服务商以及系统厂商，推动铌钛氮超导技术迈向更高水平。整个项目建立在三大支柱之上：（1）工艺技术；（2）设计与 EDA 工具支持；（3）以 2.5D、3D 集成为核心的系统级扩展，实现超导器件和其他技术的共集成。这套异构技术方案除高性能计算与 AI 之外，还开辟了更多应用方向，包括量子控制与读出、神经形态计算，以及可服务于航天、生物医学领域的高分辨率单光子探测。”