超導(dǎo)納米線單光子探測器（SNSPD）因其高探測效率,低暗計數(shù),低時間抖動,寬響應(yīng)光譜等諸多優(yōu)點而在量子通信,衛(wèi)星激光測距,深空激光通信,光時域反射儀,海霧測量,大氣探測激光雷達等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。氮化鈮（NbN）是SNSPD常用的光敏材料,同時NbN納米線也是SNSPD器件核心組成部分,其光子傳輸性質(zhì)是影響器件效率的關(guān)鍵因素之一。目前超導(dǎo)納米線電學(xué)特性研究比較深入,但其光學(xué)特性研究較少。本文章基于NbN納米線的光學(xué)特性展開,設(shè)計并加工制備了四種SNSPD器件結(jié)構(gòu),使用光譜儀測量了這四種結(jié)構(gòu)的光吸收效率,并結(jié)合實驗測量數(shù)據(jù)和FDTD的仿真結(jié)果系統(tǒng)探究了這四種SNSPD器件結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。還搭建了微米量級的SNSPD光敏面的光學(xué)特性測量系統(tǒng),目前可用于測量常溫下的有效納米線探測區(qū)域的光吸收效率。后期搭配制冷機還可用于測量低溫下SNSPD納米線的光學(xué)特性。本論文主要成果如下:第一,為了比較不同材料結(jié)構(gòu)的SNSPD對光吸收率的影響,我們設(shè)計了四種SNSPD結(jié)構(gòu),（1）背面入射的以雙面熱氧化硅為襯底的結(jié)構(gòu);（2）背面入射的以雙面SiN硅為襯底的結(jié)構(gòu);（3）正面入射的硅襯底上以金屬Au層+Si... 

【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

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

〔a)sNSPD工作原理示意圖(b)蜿蜒納米線結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

理圖［３０］??為了不斷增加ＳＮＳＰＤ的系統(tǒng)探測效率，在２０１３年，Ｔ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ等人設(shè)計??了如圖１．３所示的雙腔ＳＮＳＰＤ結(jié)構(gòu)［３１］，其中上層腔是在ＮｂＮ表面由ＳｉＯ層和??Ａｇ層組合形成，下層腔是在Ｓｉ襯底表面生長ＳＫＤ２層形成。文中提到使用該雙??腔結(jié)構(gòu)可以極大地增強ＮｂＮ附近的電場強度，當(dāng)ＮｂＮ厚度為８．５ｎｍ時，在目標(biāo)??波長１５５０ｎｍ處的光吸收效率高達８０％。但是Ｓｉ０２層有阻抗不匹配的問題，要??想讓入射光完全入射到ＳＮＳＰＤ探測區(qū)域而不產(chǎn)生反射，Ｓｉ襯底與空氣之間的減??反層的折射率ｎ需要符合ｎ?＝?／ｎｖａ＿ｅ＿ｘＣ且厚度為四分之一中心波長［３２］。當(dāng)??４??

京大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文?電子科學(xué)與工程學(xué)院無線電物理專業(yè)?吳洋??波長在１５５０ｎｍ處時，Ｓｉ折射率ｎｓｉ＝３．４７８，根據(jù)公式，介于Ｓｉ和空氣間的??層的折射率ｎ應(yīng)該為１．８６５，而Ｓｉ０２的折射率在１５５０ｎｍ目標(biāo)波長處是１．４４４，??阻抗不匹配，無法獲得更高的光吸收效率，因此為了消除反射作用，需要制??折射率為１．８６５的減反層，目前ＳｉＮ的折射率基本符合這一要求，雖然ＳｉＮ??減反層的工藝制備難度較大，但是仍有許多小組在嘗試使用ＳｉＮ這種新的減??來制備高效率的背面對光ＳＮＳＰＤ器件。此外通過在襯底背面加工亞波長的??也能起到阻抗匹配的作用［３３］。背面對光結(jié)構(gòu)的器件工藝制備上相對簡單，??對光比較容易，但是正面對光結(jié)構(gòu)也有著其獨特的優(yōu)勢，尤其是高吸收率這??面°??ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ??

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3327786