單個光子是光的最小基本單位,實現(xiàn)單個光子的探測是探測技術領域最重要突破之一。目前,單光子探測技術已經(jīng)在熒光光譜學、核偵查和量子通信等領域得到廣泛運用。其中,超導納米線單光子探測器因具有高效率、低噪聲、低時間抖動而逐漸成為主流的單光子探測技術。氮化鈮是一種有代表性的超導材料,因具有較高的轉變溫度、良好的穩(wěn)定性,被廣泛運用于超導納米線單光子檢測器件中。對于單光子探測器件來說,超導薄膜質量是決定器件性能的關鍵因素之一,因此,生長高質量的超導氮化鈮薄膜是制作高效超導納米線器件的關鍵。本文首先分別以磁控濺射和聚合物輔助沉積法兩種方法生長超薄超導氮化鈮薄膜,研究了不同工藝、不同條件下生長薄膜的質量與性能;隨后利用電子束直寫與反應離子束刻蝕的方法制備了超導納米線單光子器件;最后,我們基于聚合物輔助沉積法發(fā)展了一種電子束直寫納米線圖案技術,為今后新型超導納米線的制作及其潛在的單光子應用提供了基礎。具體內容包含以下四個部分:1.磁控濺射法制備超薄超導氮化鈮薄膜。利用磁控濺射法在氧化鎂基底上進行薄膜沉積,并逐一研究不同濺射條件對薄膜性能的影響。在得到最優(yōu)的濺射參數(shù)后,最終在氧化鎂基底上生長出厚度為5 nm... 

【文章來源】：蘇州大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１探測器原理示意圖

ｐｓ?？１〇ｋｃｐｓ??在?２１０Ｋ??多陽極ＰＭＴ?可見到近紅外?５?＊１５％可見?ｗ?ｉ〇ｍＨｚ?５０－３００ｐｓ?？５０ｋｃｐｓ??１０－２５％近ｆｌ：外?Ｐ?波長?１－７Ｍｍ??ＴＥＳ?可見－１．５ｎｍ?９５％?１００ｋＨｚ?１００ｎｓ?－３ｃｐｓ??超導單光子檢測?ＵＶ－１．５ｍｉｔｉ?９８％（潛在）?ＧＨｚ?－１０ｐｓ?�。保埃悖穑�??表ｉ－ｉ各類探測器的指標參數(shù)比較??１．１．２?ＳＮＳＰＤ的工作機理??ＳＮＳＰＤ器件的光子探測的工作原理如圖１－２所示，可以分為六個階段［１２，?１３］。??當ＳＮＳＰＤ器件在特定的工作溫度下（一般約為４．２Ｋ）時，此刻納米線處于超導態(tài)。??同時在納米線的兩端加上一個偏置電流（Ｉｃ），由于所加偏置電流低于納米線的超導??臨界電流，此刻納米線仍然表現(xiàn)出超導狀態(tài)，也不會出現(xiàn)電流阻抗，如圖丨－２⑴所??不。??（ａ）?（ｂ）??Ｊ｜（＼??⑴華」＞：、＇、??、—■？議?＾?。！?■?ｒ?飛」??Ｔｉｍｅ?（ｎｓ）??圖１－２?（ａ）?ＳＮＳＰＤ的工作原理簡易示意圖（ｂ）器件輸出的電壓模擬信號??３??

氮化鈮超導納米線及其單光子探測器件應用基礎研究?第一章緒論??圖１－３所示［１６］。首先在藍寶石（Ａｋ〇３）基底生長出厚度約為５?ｎｍ的超薄超導氮化??鈮（Ｎｉｏｂｉｕｍ?ｎｉｔｒｉｄｅ，?ＮｂＮ）薄膜，隨后將其刻蝕成２００?ｎｍ寬、１＿３叫長的超導納米??線，最終將其制作成單光子探測器件（圖ｌ－３ａ）。經(jīng)過探測，該器件成功實現(xiàn)了在８１０??ｎｍ波段的近紅外光的探測，其單光子探測效率達到了?２０％?（圖ｌ－３ｂ）。??（ａ）?氣／?（ｂ）??Ｉ?°－１－?／?Ｊｎ??ｙ（，？ｎ．?〇．Ｊ?．?，?．??，沁?１０－６?ｋｍ?１０－２?１?ｉ〇〇??＼?Ａｖｅｒａｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆ?ｐｈｏｔｏｎｓ?ｐｅｒ?ｐｕｌｓｅ??１?＾（／｜｜１１）?ｉｎｃＷｗｔ?ｏｎ?ｔｈｅ?相ｖｉｃｅ??０??圖１－３?（ａ）?Ｇｏｌ’ｔｓｍａｎ小組制備的首個ＳＮＳＰＤ器件圖（ｂ）測試結果圖??（ａ）?（ｂ）??■?１０？?Ｉ?￣￣ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??ｇ?ＵＨ「．ＤＥ？ｒ＾?ｎ??０．４?０．８?１ＪＳ?１．６?ＺＯ?２．４?２＾?３．２??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?…ｍ＞??圖１－４蜿蜒結構的ＳＮＳＰＤ器件圖。（ａ）蜿蜒納米線ＳＥＭ圖（ｂ）探測效率圖??為了得到更高的效率，該小組也對ＳＮＳＰＤ的結構進行多次的優(yōu)化。次年（２００２??年），該小組將單根的納米線制成蜿蜒的納米線（Ｍｅａｎｄｅｒ＿ｌｉｎｅ），用于提髙光子的耦合??效率，如圖ｌ－４ａ所示［１７］。這一方法大大的提高了?ＳＮＳＰＤ的探測面積和耦合效率，??并在０．４?波段探測到接近７０％的本征量子效率，在１．５５阿波段成功實現(xiàn)了?０．２％??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]超導單光子探測器暗計數(shù)對激光測距距離的影響[J]. 張森,陶旭,馮志軍,吳淦華,薛莉,閆夏超,張蠟寶,賈小氫,王治中,孫俊,董光焰,康琳,吳培亨.  物理學報. 2016(18)



本文編號：3434517