用于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的NbN薄膜及納米線的均勻性分析
發(fā)布時(shí)間：2021-01-24 20:49
超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD）因其在探測(cè)效率、暗計(jì)數(shù)、探測(cè)速度、時(shí)間抖動(dòng)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(cè)器,在量子通信、高速深空通訊、激光測(cè)距、生物熒光檢測(cè)等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。不斷增長(zhǎng)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(cè)效率、更大探測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)效率、暗計(jì)數(shù)、時(shí)間抖動(dòng)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(duì)納米線均勻性的研究大多是研究納米線形狀和缺陷等對(duì)器件的影響,而關(guān)于薄膜本身均勻性及刻蝕工藝帶來(lái)的不均勻性討論的較少。本文采用磁控濺射技術(shù),通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)4英寸和8英寸Nb靶分別比較了不同氣體配比、...
【文章來(lái)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
【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
超導(dǎo)單光子探測(cè)器結(jié)構(gòu)原理圖
大長(zhǎng)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(hào)照射到納米線上時(shí)，被照射部??分吸收光子能量使得庫(kù)珀對(duì)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(kù)珀對(duì)和基片，形成熱點(diǎn)。熱點(diǎn)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(wú)法從此處通過(guò)，被迫繞熱點(diǎn)周圍流動(dòng)，電流密度隨之增大直至超??過(guò)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(gè)電壓脈??沖信號(hào)被讀出電路捕捉。當(dāng)熱點(diǎn)將產(chǎn)生的焦耳熱傳遞到基片后，納米線整體恢復(fù)??１??
場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，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(chǎng)作用下從陰極（靶材）加速?zèng)_向陽(yáng)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(guò)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(wàn)超,徐�，�,楊小忠,吳培亨. Chinese Physics Letters. 2015 (03)
本文編號(hào)：2997907
【文章來(lái)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
【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
超導(dǎo)單光子探測(cè)器結(jié)構(gòu)原理圖
大長(zhǎng)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(hào)照射到納米線上時(shí)，被照射部??分吸收光子能量使得庫(kù)珀對(duì)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(kù)珀對(duì)和基片，形成熱點(diǎn)。熱點(diǎn)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(wú)法從此處通過(guò)，被迫繞熱點(diǎn)周圍流動(dòng)，電流密度隨之增大直至超??過(guò)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(gè)電壓脈??沖信號(hào)被讀出電路捕捉。當(dāng)熱點(diǎn)將產(chǎn)生的焦耳熱傳遞到基片后，納米線整體恢復(fù)??１??
場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，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(chǎng)作用下從陰極（靶材）加速?zèng)_向陽(yáng)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(guò)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(wàn)超,徐�，�,楊小忠,吳培亨. Chinese Physics Letters. 2015 (03)
本文編號(hào)：2997907
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