超導(dǎo)納米線單光子探測器（SNSPD）因其在探測效率、暗計數(shù)、探測速度、時間抖動以及響應(yīng)頻譜等性能方面的優(yōu)異表現(xiàn),成為目前綜合性能最佳的單光子探測器,在量子通信、高速深空通訊、激光測距、生物熒光檢測等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。不斷增長的應(yīng)用需求要求SNSPD進(jìn)一步提高其性能,需要器件具有更高探測效率、更大探測面積、更大陣列規(guī)模和光子數(shù)分辨功能等。大陣列和大尺寸的SNSPD器件相比傳統(tǒng)小尺寸器件而言,制備工藝難度急劇提高,器件性能一致性和成品率也隨之下降,這都制約著SNSPD器件的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。NbN材料是最早也是最成熟的用于制備超導(dǎo)納米單光子探測器（SNSPD）的材料之一,當(dāng)前制備高性能NbN超導(dǎo)薄膜主要有常溫制備和襯底加熱制備兩種方式。具有超大長寬比的超導(dǎo)納米線條是SNSPD器件制備的核心組成部分,其均勻性直接影響了器件的探測效率、暗計數(shù)、時間抖動等關(guān)鍵參數(shù),也是影響器件一致性和成品率的重要因素。目前對納米線均勻性的研究大多是研究納米線形狀和缺陷等對器件的影響,而關(guān)于薄膜本身均勻性及刻蝕工藝帶來的不均勻性討論的較少。本文采用磁控濺射技術(shù),通過實驗對4英寸和8英寸Nb靶分別比較了不同氣體配比、... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超導(dǎo)單光子探測器結(jié)構(gòu)原理圖

大長寬比的超導(dǎo)納米線蜿蜒結(jié)構(gòu)是其核心部分。一般地，薄膜厚度在３？８?ｎｍ之??間，寬度在５０￣２００ｎｍ之間。其工作原理通常使用熱島（ｈｏｔｓｐｏｔ）模型［９］分析，??如圖２所示。在滿足條件的環(huán)境溫度下，納米線處于超導(dǎo)態(tài)，使用大小接近于超??導(dǎo)臨界電流Ｉｅ的偏置電流ｌｂ使其偏置，當(dāng)光子信號照射到納米線上時，被照射部??分吸收光子能量使得庫珀對被破壞變?yōu)闇?zhǔn)粒子，準(zhǔn)粒子繼而將能量傳遞給周邊的??其他庫珀對和基片，形成熱點。熱點區(qū)域的電阻大于其他正常超導(dǎo)區(qū)域，導(dǎo)致納??米線上的電流無法從此處通過，被迫繞熱點周圍流動，電流密度隨之增大直至超??過超導(dǎo)臨界電流密度，使得整段納米線失超變化為有電阻狀態(tài)，產(chǎn)生一個電壓脈??沖信號被讀出電路捕捉。當(dāng)熱點將產(chǎn)生的焦耳熱傳遞到基片后，納米線整體恢復(fù)??１??

場作為改進(jìn)手段，輝光放電產(chǎn)生的帶電粒子（二次電子）受到磁靶材表面附近的等離子體區(qū)域中做螺旋式運動，從而增加稀有氣）的電離提高等離子體轟擊靶材的幾率產(chǎn)生更多地二次電子。二次程中損失能量，最終在電場作用下從陰極（靶材）加速沖向陽極與性粒子碰撞沉積形成薄膜。這樣的改進(jìn)使得磁控濺射的沉積速率底之間的附著力增強(qiáng)。??磁控濺射使用的濺射電源分為直流磁控濺射與射頻磁控濺射兩種。一般用于制備導(dǎo)體薄膜，如ＮｂＮ，ＮｂＴｉＮ，?Ｎｂ，ＮｂＴｉ等；射頻磁幾乎沒有要求，與直流不同，它可用于絕緣材料和導(dǎo)電性差的非金，如Ｎｂ５Ｎ６，?ＡＩＮ等。此外，在濺射過程中，為得到某種特定的化合氣體中摻入特定比例的活性氣體，如０２、Ｎ２、ＮＨ３、ＣＨ４、Ｈ２Ｓ等磁控鵬射。本文中制備的ＮｂＮ薄膜就是利用Ｎｂ靶在直流磁控濺Ｎ２和Ａｒ混合氣從而反應(yīng)生成的氮化物薄膜。??Ｙｊｊ／／／ｙｊ７７７Ｔ？７１７７７／７／７１／７２２２

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A High-Efficiency Broadband Superconducting Nanowire Single-Photon Detector with a Composite Optical Structure[J]. 顧敏,康琳,張蠟寶,趙清源,郟濤,萬超,徐睿瑩,楊小忠,吳培亨.  Chinese Physics Letters. 2015 (03)



本文編號：2997907