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Tiefkühlelektronik macht Quantencomputer industrietauglich

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
JESSBERGER GmbH
AFC Europe Ltd Bochum Technisches Zentrum
trivid GmbH

Mit Indium gelötete Mikroelektronik trotzt extremer Kälte

Dann braucht es noch eine effiziente Verbindungstechnik bei Tiefsttemperaturen, die über Lötkontakte, den so genannten Bumps zustande kommt, wozu das Team eine neue, auf Indium basierende Löttechnik entwickelte. Denn das Material sei unterhalb von 3,4 Kelvin supraleitend und erweise sich auch nah des absoluten Nullpunkts als robust genug, wenn andere Werkstoffe bereits versprödeten. Zur Erzeugung von Elektronikstrukturen aus Indium wird es mithilfe eines speziellen Elektrolyten galvanisch abgeschieden. Dafür musste das Element Indium von dem bei diesen Strukturbreiten üblichen Nickelsockel auf einen alternativen Sockel transferiert werden. Die Substitution sei insofern notwendig, weil Nickel durch seine Eigenschaften große Magnetfelder induziert, welche die Qubits stören können, wobei man beim alten Problem ist. Mit dem neuen metallischen Übergang entstehe aber eine verträgliche Startschicht für die anschließende Indiumabscheidung. Diese Prozesse ermöglichen eine weltweit ungeschlagene Miniaturisierung für kryogene Verbindungen, betonen die IZM-Forscher, denn der Rasterabstand der Leiterbahnen kommt auf unter 10 Mikrometer.

Bemerkenswert rücke auch der Aufbau extrem verlustarmer und supraleitender Verbindungen aus Niob und Niobnitrid näher. Denn mithilfe einer neu entwickelten Methode wurden die Niobmaterialien nun flächig aufgebracht und mit einem Ionenstrahl geätzt. So entstehen kompakte kryogeeignete Verbindungen, deren Legierungsbestandteile auch hohe Stromdichten erlauben, wie die Forscher erklären. Nach dem Aufbau der Indium-Bumps und der supraleitenden Schaltungsträger wurden die Elemente in einem kryogenen Messstand bei Temperaturen bis unter - 270 °C (unter 3 Kelvin) erfolgreich getestet.

Im Rahmen des „InnoPush“-Projekts „HALQ – Halbleiterbasiertes Quantencomputing“ wurde gemeinsam mit den Projektpartnern eine übergreifende Plattform aufgebaut, welche Technologien der Mikroelektronik für die Anwendung in höchstskalierbaren Quantencomputern zugänglich macht. Am Projekt beteiligten sich auch die Fraunhofer-Institute IPMS, ITWM, EMFT, FHR, IIS, IISB, ILT, ISIT, IOF, ENAS sowie das IAF.

(ID:49214120)

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