Wetenschappers hebben aangetoond dat specifieke 12 nm FinFET-transistoren hun functionele eigenschappen behouden bij temperaturen die extreem dicht bij het absolute nulpunt liggen. De resultaten van dit onderzoek wijzen uit dat deze componenten operationeel blijven tot een temperatuur van 10 mK, wat potentieel grote gevolgen heeft voor de manier waarop hardware voor de aansturing van qubits wordt ontworpen.
Behoud van controle bij extreme kou
In een studie naar de cryogene eigenschappen van n- en p-FinFETs, vervaardigd via het 12LP-proces van GlobalFoundries, richtte het onderzoeksteam zich op varianten met een reguliere drempelspanning. Volgens de arxiv.org behouden beide typen transistoren hun gate-controle, zelfs wanneer de temperatuur onder de één Kelvin zakt.
Een cruciaal aspect van deze bevinding is de afwezigheid van 'carrier freeze-out'. Dit is een proces waarbij ladingsdragers in een halfgeleider bij extreme kou onbeweeglijk worden, wat normaal gesproken leidt tot het uitvallen van het apparaat. Voor de n-type transistoren werd een intrinsieke sub-threshold slope (SS) vloer van 24,8 mV/dec gemeten, wat volgens de duidt op een stabiele werking binnen het cryogene regime.
Methodiek en modellering
Het onderzoeksteam, waaronder Jeffrey S. Walling en DaKyung Lee, kreeg te maken met technische hindernissen door een hoge series-routingweerstand op de chip. Deze factor maakte het lastig om de piek-transconductantie nauwkeurig te bepalen. Om dit op te lossen, hanteerden de onderzoekers een methode gebaseerd op een vaste stroom van 3,26 uA/um.
Deze verzamelde data over lage stromen vormden de basis voor een nieuw, temperatuur-continu compact model. Dit model beslaat een breed bereik van 1,36 K tot 292 K. Door gebruik te maken van dynamische parameterinjectie konden de wetenschappers de nauwkeurigheid bij cryogene temperaturen waarborgen, terwijl de bestaande kwalificatie van de Process Development Kit (PDK) voor kamertemperatuur behouden bleef, zoals beschreven in het .
Impact op quantumcomputing
De relevantie van deze ontdekking ligt in de huidige beperkingen van quantumcomputers. Door te bewijzen dat 12 nm FinFETs betrouwbaar functioneren bij 10 mK, wordt de mogelijkheid vergroot om aansturingscircuits direct in de cryogene omgeving te plaatsen.
Publicatie en technische details
Het volledige onderzoek, getiteld "12 nm FinFETs from 292 K to 10 mK: Characterization and a Temperature-Continuous Compact Model for Qubit Control", werd op 19 augustus 2026 ingediend. Het rapport bevat uitgebreide data, waaronder zes figuren en een tabel, om de prestaties van de componenten van GlobalFoundries te onderbouwen. Het werk is gecategoriseerd onder de algemene fysica en is raadpleegbaar via de . Voor ingenieurs biedt dit een essentieel kader om de interface tussen klassieke CMOS-technologie en quantummechanische systemen te optimaliseren en te simuleren vóór de fysieke productie.