基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器及制备方法，包括：SOI基片，由下至上依次包括背衬底、埋氧层及顶层硅；第一抗反射层，位于顶层硅的表面；第二抗反射层，位于背衬底的表面；深槽，贯穿第二抗反射层、背衬底及埋氧层；光学腔体结构，位于第一抗反射层的表面；超导纳米线，位于第一抗反射层与光学腔体结构之间；反射镜，位于光学腔体结构的表面。通过在衬底上刻蚀深槽，拉近了耦合光纤与器件的距离，避免了传统背面耦合结构超导纳米线单光子探测器件中长聚焦透镜的使用，便于光纤MU头与器件的对准耦合；避免光学腔体结构中远距离聚焦的问题及衬底Fabry-Perot腔对吸收效率的影响，对目标波长具有较高的吸收效率，提高了器件探测效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光探测
，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器及制备方法。
技术介绍
超导纳米线单光子探测器件(SuperconductingNanowireSinglePhotonDetector，SNSPD)是近年发展起来的新型单光子探测器件，可以实现可见光到近红外波段的高效单光子探测。由于其高量子效率、低暗计数、高探测速率、低时间抖动等优势，SNSPD已迅速应用于量子信息技术、激光通信、星地测距、生物荧光探测、深度成像等应用中。SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN、WSi等。典型厚度约为5-10nm，器件通常采用100nm左右宽度的曲折纳米线结构。SNSPD工作时置于低温环境中(<4K)，器件处于超导态，并加以一定的偏置电流Ib，Ib略小于器件临界电流Ic。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热点在偏置电流Ib的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器，其特征在于，包括：SOI基片，所述SOI基片由下至上依次包括背衬底、埋氧层及顶层硅；第一抗反射层，位于所述顶层硅的表面；第二抗反射层，位于所述背衬底的表面；深槽，贯穿所述第二抗反射层、所述背衬底及所述埋氧层；光学腔体结构，位于所述第一抗反射层的表面；超导纳米线，位于所述第一抗反射层与所述光学腔体结构之间；反射镜，位于所述光学腔体结构的表面。

【技术特征摘要】
1.一种基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器，其特征在于，包括：SOI基片，所述SOI基片由下至上依次包括背衬底、埋氧层及顶层硅；第一抗反射层，位于所述顶层硅的表面；第二抗反射层，位于所述背衬底的表面；深槽，贯穿所述第二抗反射层、所述背衬底及所述埋氧层；光学腔体结构，位于所述第一抗反射层的表面；超导纳米线，位于所述第一抗反射层与所述光学腔体结构之间；反射镜，位于所述光学腔体结构的表面。2.根据权利要求1所述的基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述第一抗反射层及所述第二抗反射层的材料为SiO2或SiO；所述光学腔体结构的材料为SiO2或SiO；所述超导纳米线的材料为NbN、Nb、TaN、MoSi、MoGe、NbTiN或WSi；所述反射镜的材料为Ag、Au或Al。3.一种基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器的制备方法，其特征在于，包括：提供SOI基片，所述SOI基片由下至上依次包括背衬底、埋氧层及顶层硅；在所述顶层硅表面形成第一抗反射层，在所述背衬底表面形成第二抗反射层；在所述第一抗反射层表面形成超导纳米线及光学腔体结构，且所述光学腔体结构包覆所述超导纳米线；在所述光学腔体结构表面形成反射镜；采用深硅刻蚀工艺形成贯穿所述第二抗反射层、所述背衬底及所述埋氧层的深槽。4.根据权利要求2所述的基于深硅刻蚀工艺的超导纳米线单光子探测器的制备方法，其特征在于：采用深硅刻蚀工艺形成所述深槽包括：在所述第二抗反射层表面涂覆第一光刻胶层，并在所述第一光刻胶层内形成与所述深槽相对应的开口；去除与所述开口相对应的所述第二抗反射层；采用感应耦合等离子体刻蚀工艺去除与所述开口相对应的所述背衬底；去除所述开口相对应的所述埋氧层。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤立星，李浩，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31