Cornell UniversityのValla Fatemi助教授率いる研究チームは、タンタルベースの超伝導量子ビット向けの低温製造プロセスを開発し、超伝導量子処理ユニット（QPU）製造における大きなボトルネックを解消した。Nature Materials誌（「Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices」）で詳述されているように、同チームはマグネトロンスパッタリング中に標準的なアルゴンガスをクリプトンガスに置き換えることで、シリコン上の体心立方構造（α相）タンタルに必要な基板堆積温度を400°C超から200°Cまで低下させた。
タンタル（α-Ta）は高い伝導性と安定した表面酸化物を持ち、従来のニオブ膜と比較して誘電損失を低減できることから、超伝導量子ビット向けの魅力的な材料として注目されている。しかし、従来のアルゴンスパッタリング堆積では、所望のα相結晶構造を形成するためにシリコン基板を400°C以上に加熱する必要がある。この高い熱負荷は標準的な商業用半導体ファウンドリのBack-End-of-Line（BEOL）プロセスの限界を超えており、有害なタンタル・シリコン相互拡散を引き起こし、量子ビットのコヒーレンスを劣化させる。
- クリプトンガス動力学：イオン化されたクリプトンガスは、軽いアルゴンイオンよりも高い運動量を放出されたタンタル原子に伝達し、大幅に低下した熱閾値（°C）でシリコン上の高伝導性α相結晶格子を安定化させる。
- 品質係数指標：20μmのコンパクトなキャパシタギャップを持つクリプトンスパッタ膜を用いて作製されたトランズモン量子ビットは、内部品質係数（Q）で最大1690万を達成した。
- 商業BEOL統合：処理温度を200°Cまで低下させることで、この技術は商業用半導体ファウンドリが既存の自動化ツールラインに高性能タンタル膜を、下層のCMOS制御回路や配線層を損なうことなく統合できる、広い製造ウィンドウを開く。
U.S. Department of War’s Microelectronics Commons Program、Air Force Office of Scientific Research（AFOSR）、およびCornell NanoScale Science and Technology Facility（CNF）の支援を受け、このプロセスは産業用超伝導量子ハードウェアに向けたスケーラブルな製造経路を提供する。
Nature Materials誌に掲載された査読済み研究はこちら、Cornell Chronicleの記事はこちら、タンタルのサプライチェーンと超伝導量子ビット材料のスケーリングに関する当社の過去の記事はこちらをご覧ください。
2026年8月19日
