論文の概要: Electrothermal behavior of superconducting nanowires buried in a commercial CMOS process
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.35624v1
- Date: Mon, 28 Sep 2026 16:59:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-01 20:15:26.103016
- Title: Electrothermal behavior of superconducting nanowires buried in a commercial CMOS process
- Title（参考訳）: 商用CMOSプロセスに埋没した超伝導ナノワイヤの電気的挙動
- Abstract要約: 22nmFD-SOIプロセスの多結晶シリコン抵抗層における窒化チタン(TiN)ナノワイヤの電流電圧特性を報告する。
ワイヤは強くヒステリックであり、スイッチング・トゥ・リトラッピング電流比I_sw/I_rは7.4〜9.8であり、通常のホットスポットを維持している。
長さ ell = 1-50 マイクロメートルでは、I_r は純粋な長手伝導のell(-1) や純粋な界面冷却のell0 と一致しない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0568235450452157
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superconducting films native to a commercial CMOS process enable co-integration of superconducting devices (high-kinetic-inductance elements and nanowire detectors) with cryogenic CMOS on one monolithic die. Such films are buried in the front-end-of-line, beneath the back-end-of-line metal stack, an environment that might quench a self-heated hot spot. Current-voltage characteristics are reported for titanium nitride (TiN) nanowires in the polycrystalline-silicon resistor layer of a 22 nm FD-SOI process, and measured retrapping currents are compared with thermal models for longitudinal conduction to the contacts and interfacial phonon cooling into the stack. The wires are strongly hysteretic, with switching-to-retrapping current ratios I_sw/I_r of 7.4-9.8, sustaining a normal hot spot. For two wires of length ell = 50 micrometers and widths W = 0.50 and 1.00 micrometers, over bath temperatures T_b = 0.15-1.19 K, I_r follows the interfacial form (T_hs^n - T_b^n)^(1/2) with n = 4 (T_hs, the effective hot-spot temperature), and is strongly inconsistent with the (T_hs - T_b)^(1/2) constant-kappa longitudinal-conduction limit; free-exponent fits give n = approximately 4.8-5.0. An effective cooling coefficient Sigma_K = 7.9(3) W/(m^2 K^4) describes the data: 31(21) times below the acoustic- (diffuse-) mismatch value for a single clean interface, and approximately 12 times below the lowest previously reported comparable nanowire coefficient. The model-based film thermal conductivity is kappa = approximately 20 mW/(m K). Across lengths ell = 1-50 micrometers, I_r matches neither ell^(-1) of pure longitudinal conduction nor ell^0 of pure interfacial cooling; a two-channel model reproduces I_r(ell) with crossover length ell* = approximately 3.5 micrometers predicted, to an O(1) prefactor, from Sigma_K and kappa.
- Abstract（参考訳）: 商用CMOSプロセスにネイティブな超伝導膜は、超伝導デバイス(高速度インダクタンス素子とナノワイヤ検出器)と低温CMOSを1つのモノリシックダイに結合させることを可能にしている。
このようなフィルムは、自熱したホットスポットを焼く環境である、ラインの裏の金属スタックの下に、ラインのフロントエンドに埋もれています。
22nmFD-SOIプロセスの多結晶シリコン抵抗層における窒化チタン(TiN)ナノワイヤの電流電圧特性を報告し, スタック内への接触と界面フォノン冷却の経時的伝導に関する熱モデルと比較した。
ワイヤは強くヒステリックであり、スイッチング・トゥ・リトラッピング電流比I_sw/I_rは7.4〜9.8であり、通常のホットスポットを維持している。
長さEL = 50マイクロメートル、幅W = 0.50および1.00マイクロメートルの2本のワイヤに対して、入浴温度T_b = 0.15−1.19KのI_rは、n = 4(T_hs、有効ホットスポット温度T_b^n)^(1/2)と界面形状(T_hs - T_b)^(1/2)とを追従し、(T_hs)^(1/2)定数カッパ長手伝導限界と強く矛盾する。
有効冷却係数 Sigma_K = 7.9(3) W/(m^2 K^4) は、1つのクリーンインターフェースに対する音響的(拡散-)ミスマッチ値の31(21)倍、これまで報告された最小のナノワイヤ係数の12倍以下である。
モデルに基づく熱伝導率は、カッパ=約20mW/(mK)である。
I_rは、純粋な長手伝導のell^(-1)や純粋な界面冷却のell^0と一致せず、2チャンネルモデルにより、Sigma_KおよびKappaから約3.5マイクロメートルの交差長のI_r(ell)をO(1)プレファクターに再生する。
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