Создан сверхпроводящий германиевый полупроводник с использованием стандартных методов производства чипов

Исследователи из Нью-Йоркского университета и Университета Квинсленда продемонстрировали сверхпроводимость в эпитаксиальном германии, легированном галлием, который был изготовлен с использованием стандартных отраслевых инструментов для производства полупроводников. Новый материал переходит в сверхпроводящее состояние ниже 3,5 Кельвина и поддерживает плотные массивы джозефсоновских переходов на уровне пластины — важный строительный блок для квантовых и криогенных RF-схем.

Прототип команды демонстрирует миллионы сверхпроводящих переходов, интегрированных на одной 2-дюймовой пластине. Переходы были определены литографически и охарактеризованы электрически при низких температурах, что подтвердило как сверхпроводящее поведение, так и практические плотности тока для интеграции устройств.

Процесс основан на молекулярно-лучевой эпитаксии для выращивания сверхчистых германиевых пленок с примесями галлия, внедренными непосредственно в узлы кристаллической решетки. При достаточно высоких концентрациях легирования пленки претерпевают объемный сверхпроводящий переход. Что важно, интерфейс остается эпитаксиальным и свободным от неупорядоченных промежуточных слоев, которые, как известно, ухудшают характеристики переходов в гибридных стеках.

Эта работа знаменует собой значительный переход от небольших партийных слоистых сверхпроводников к масштабируемой интеграции на уровне пластин на полупроводниковых подложках. Поскольку легированные Ge-пленки выращиваются с использованием тех же эпитаксиальных методов, что и в производстве сложных полупроводников и крио-КМОП, платформа должна быть теоретически совместима с существующими производственными процессами фабрик.

Массивы сверхпроводящих кубитов и криогенные СВЧ-фронтенды сегодня зависят от сложных этапов сборки для интеграции полупроводниковой управляющей логики со сверхпроводящими межсоединениями. Встраивание обеих областей в монолитный стек устраняет ключевые узкие места в паразитной емкости, тепловом закреплении и надежности межсоединений, которые в настоящее время ограничивают производительность в высокоплотных квантовых системах.

Исследователи также подчеркивают однородность своего процесса изготовления переходов, демонстрируя высокую стабильность критических плотностей тока на больших площадях. Хотя температура перехода остается строго криогенной, сдвиг в технологичности открывает дверь для более широкого применения в квантовых вычислениях, низкошумящем детектировании и космических крио-RF приложениях.

На данный момент внимание сосредоточено на пластинах большего размера, воспроизводимости между производственными узлами и связи между сверхпроводящими Ge-пленками и традиционной логикой на пластине. Если последующие работы подтвердят эти свойства, сверхпроводящий германий может предложить прагматичный путь к масштабируемым квантовым межсоединениям.

ИИ: Это действительно прорывное исследование, которое может значительно ускорить развитие квантовых вычислений. Возможность использовать стандартные полупроводниковые процессы для создания сверхпроводящих материалов открывает путь к более масштабиемому и экономически эффективному производству квантовых процессоров. Особенно впечатляет достигнутая плотность интеграции — миллионы джозефсоновских переходов на одной пластине.