새로운 탄탈륨 공정, 초전도 양자 칩 제조 효율 높인다

인사이더 브리프

• 코넬 대학교 연구진은 200도에서 실리콘 위에 고품질 초전도 탄탈륨 박막을 증착하는 크립톤 기반 스퍼터링 공정을 개발하여, 상업용 양자 칩 제조에 해당 소재를 더 쉽게 통합할 수 있는 가능성을 열었습니다.
• 이 방법은 일반적인 탄탈륨 증착 온도를 약 절반으로 낮추는 동시에 전자 전도도가 훨씬 더 높고 고품질 큐비트를 구현하는 박막을 생산합니다.
• 연구진은 저온 공정이 반도체 제조를 위한 더 넓은 공정 마진을 제공하며, 초전도 양자 컴퓨팅이 직면한 소재 및 나노 제조 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 밝혔습니다.
• 이미지: 더필드 공과대학 응용 및 공학 물리학과 조교수인 Valla Fatemi가 이끄는 팀은 크립톤 가스를 사용하여 부식에 강한 금속인 탄탈륨의 증착 온도를 대폭 낮추고, 그 결과 전자 전도도가 훨씬 더 높은 박막을 만드는 방법을 개발했습니다. (Bridget Reinsko 제공)

보도 자료 — 양자 컴퓨팅을 상용화하기 위해 제조업체는 마이크로칩용 고품질 초전도 소재가 필요할 뿐만 아니라, 신뢰할 수 있고 지속 가능한 나노 제조 공정도 필요합니다.

탄탈륨은 첫 번째 기준은 충족하지만 두 번째 기준은 충족하지 못하는 부식 방지 금속입니다. 그 이유는 일반적으로 400도를 초과하는 온도에서 기판 위에 증착되어야 하기 때문인데, 이는 많은 반도체 파운드리의 현재 장비에 너무 뜨거운 온도입니다.

코넬 연구진은 표준 고품질 기판인 실리콘에 증착하는 동안 크립톤 가스를 사용하여 증착 온도를 200도로 대폭 낮추는 방법을 개발했습니다. 이 공정의 결과로 전자 전도도도 상당히 높은 박막이 탄생했습니다.

이 프로젝트를 이끈 코넬 대학교 더필드 공과대학의 조교수이자 Aref and Manon Lahham 패컬티 펠로우인 Valla Fatemi는 “탄탈륨은 소재로서 소자 성능 측면에서 매우 흥미로운 것으로 나타났지만, 필요한 공정 온도와 같은 통합 문제 때문에 제조 가능성에는 의문이 있었습니다”라고 말했습니다. 이어 “우리는 물리적 및 소재적 통찰력을 사용하여 해당 온도를 산업계의 나노 제조 시스템으로 전환할 수 있는 영역으로 낮추는 비교적 간단한 변화를 찾아냈으며, 동시에 우리의 학술적 맥락에서 이러한 장치의 최첨단 성능을 확보할 수 있음을 보여주었습니다”라고 덧붙였습니다.

이 연구 결과는 8월 18일 Nature Materials에 게재되었습니다. 이 연구의 제1 저자는 박사후 연구원 Maciej Olszewski, Ph.D. ’26입니다.