Des chercheurs de l’université Cornell ont remplacé l’argon par du krypton pour déposer du tantale sur silicium à 200 °C, contre plus de 400 °C auparavant. Publiée le 18 août dans Nature Materials, la méthode facilite l’intégration de qubits supraconducteurs dans des lignes de fabrication existantes.
Des physiciens de l’université Cornell ont mis en évidence un procédé qui abaisse à 200 °C la température de dépôt du tantale en phase alpha sur silicium, soit environ la moitié des 400 °C requis auparavant. Le travail, publié le 18 août dans Nature Materials, repose sur l’emploi de krypton, un gaz noble plus lourd que l’argon utilisé classiquement en pulvérisation cathodique.
Un verrou thermique
Le tantale est utilisé pour les qubits supraconducteurs en raison de sa surface résistante à la corrosion et des performances obtenues. Toutefois, la phase cristalline recherchée, le tantale alpha cubique centré, exigeait des températures de substrat supérieures à 400 °C. Les niveaux thermiques requis restent incompatibles avec les limites de nombreux équipements de fabrication de semi-conducteurs.
« Le tantale affiche des performances intéressantes du point de vue des dispositifs, mais sa capacité à être fabriqué à grande échelle posait question en raison des températures requises », a expliqué Valla Fatemi, professeur assistant au Cornell Duffield College of Engineering, qui a dirigé le projet.
Le rôle du krypton
L’idée est venue de Maciej Olszewski, auteur principal et chercheur postdoctoral. Il a émis l’hypothèse que les ions krypton, plus lourds que les ions argon, transféreraient davantage de quantité de mouvement aux atomes de tantale. Le transfert renforcé stabilise la phase cristalline correcte à une température plus basse.
Des films supraconducteurs de haute qualité
Le procédé au krypton produit des films avec une conductivité électronique plus élevée, compatible avec une supraconductivité en régime propre. Les qubits issus des dépôts atteignent un facteur de qualité médian allant jusqu’à 14 millions.
- phase alpha stabilisée à 200 °C
- conductivité électronique plus élevée
- supraconductivité en régime propre
- facteur de qualité médian jusqu’à 14 millions
Une fenêtre de fabrication élargie
Selon Maciej Olszewski, le seuil abaissé donne une marge de manœuvre plus importante aux fabricants. « Il existe tout un ensemble d’équipements et de lignes de fabrication qui ne dépassent vraiment pas les 400 °C. L’utilisation du krypton a fait descendre le seuil à 200 °C. On dispose donc d’une grande fenêtre pour effectuer une fabrication fiable », a déclaré le chercheur.
Un effort concurrentiel sur les qubits tantale-silicium
Les travaux s’inscrivent dans un mouvement plus large autour des qubits en tantale sur silicium. En novembre 2025, une équipe de Princeton, rattachée au Co-design Center for Quantum Advantage, a présenté des qubits transmon dont les durées de vie dépassent une milliseconde. L’apport de Cornell porte sur la compatibilité du matériau avec les procédés standard des semi-conducteurs.
La recherche a été soutenue par le Microelectronics Commons Program et le Bureau de la recherche scientifique de l’US Air Force, avec les installations de la Cornell NanoScale Science and Technology Facility.
« Nous sommes à la pointe mondiale. Il s’agit d’une avancée, non seulement pour notre groupe, mais aussi pour les efforts de Cornell dans les dispositifs d’information quantique supraconducteurs », a ajouté Valla Fatemi.
Article : « Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices » – DOI : 10.1038/s41563-026-02718-z
Source : Cornell U
