imec实现30nm超导互连，约瑟夫森结密度380万/cm²

2026年9月7日，比利时微电子研究中心（imec）宣布，其基于铌钛氮（NbTiN）的三金属层超导电路设计密度达到每平方厘米380万个约瑟夫森结；同时，该中心将NbTiN超导互连线宽缩小至30nm，并称之为世界首创。

这些进展旨在让超导电子器件在高性能计算（HPC）、人工智能（AI）加速器及其他计算密集型系统中更具可扩展性。随着先进CMOS系统在功耗和互连方面面临的限制日益突出，超导电路有望提供一条替代路径。imec采用300mm CMOS兼容工艺开发该技术，也使这项技术与现有半导体制造基础设施的集成具有现实意义。

超导技术利用约瑟夫森结实现快速、低能耗逻辑，超导互连的电阻则近乎为零。imec表示，与当前CMOS方案相比，该技术有望实现100倍的能效提升、1000倍的计算密度提升和1000倍的广播带宽提升。不过，传统铌基超导工艺一直难以微缩到高密度计算所需的尺寸；imec的NbTiN平台将工艺开发、器件、集成电路和系统级优化结合，正是为了突破这一局限。

在2026年应用超导会议（ASC）上，imec展示了NbTiN/αSi/NbTiN（αSi为非晶硅）约瑟夫森结电路，最多可含三个金属层。结直径已缩小至150nm，对应每平方厘米380万个结的设计密度。研究团队还演示了三层高密度、低损耗的NbTiN布线，可用于电感器、无源传输线、接地层以及时钟/功率谐振器等结构。超导线宽由此达到30nm，imec称这比传统铌技术所能实现的尺寸小约10倍。约瑟夫森结与互连的临界电流特性还可根据不同应用进行调谐。

imec正在围绕工艺技术、设计/EDA工具以及2.5D/3D异构集成来组织其超导数字项目，并将应用拓展至计算以外的领域。超导数字项目总监Richard Rouse表示：“借助我们的超导数字项目，我们正面向晶圆代工厂、超大规模云服务商和系统厂商，推动NbTiN超导技术迈向新阶段。项目围绕三大支柱展开：(1) 工艺技术；(2) 设计及EDA赋能；(3) 以2.5D和3D集成实现系统级扩展，解决超导器件与其他技术的协同集成。这种异构方法为HPC与AI之外的应用创造了机遇，包括量子控制与读出、神经形态计算，以及用于太空与生物医学等场景的高分辨率单光子探测。”