感应式超导边缘探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种感应式超导边缘探测器及其制作方法，所述感应式超导边缘探测器包括：包括：衬底、吸收层、介质层、绝缘层、超导薄膜层和约瑟夫森桥结；所述吸收层设置在所述衬底的一个表面；所述介质层设置在所述吸收层远离与所述衬底的表面，所述介质层具有增透性；所述绝缘层覆盖所述吸收层和介质层设置；所述超导薄膜层设置在所述绝缘层远离所述衬底的表面，并以连续闭合结构环绕所述吸收层和介质层设置；所述约瑟夫森桥结设置在所述超导薄膜层上。此感应式超导边缘探测器包含有一层具有对光子具有增透作用的介质层，提高了感应式超导边缘探测器对单光子的吸收效率。

Inductive Superconducting Edge Detector and Its Preparation Method

The invention relates to an inductive superconducting edge detector and a manufacturing method thereof. The inductive superconducting edge detector includes: a substrate, an absorption layer, a dielectric layer, an insulating layer, a superconducting film layer and a Josephson bridge junction; the absorption layer is located on one surface of the substrate; the dielectric layer is located on a surface far from the absorption layer and the medium is located on the substrate. The insulating layer covers the absorption layer and the dielectric layer arrangement; the superconducting film layer is arranged on the surface of the insulating layer away from the substrate and surrounded by the absorption layer and the dielectric layer with a continuous closed structure; and the Josephson bridge junction is arranged on the superconducting film layer. The inductive superconducting edge detector contains a dielectric layer which can enhance the transmission of photons, thus improving the absorption efficiency of the inductive superconducting edge detector for single photon.

【技术实现步骤摘要】
感应式超导边缘探测器及其制备方法
本专利技术属于超导电子信息
，特别是涉及一种感应式超导边缘探测器及其制备方法。
技术介绍
单个粒子的基本物理量测量需要极度灵敏的探测器。超导转变边缘探测器(Superconductingtransitionedgesensors简称TES)就是一种这样的探测器，它是由超导薄膜构成，工作温度在其超导态与正常态很窄的范围之间，也就是超导电阻在零和正常值之间。自从Andrews在1949年提出超导转变边缘探测器后，超导转变边缘探测器有了巨大的进展。与常温的半导体单光子探测器，如雪崩二极管、或者光电倍增管相比，超导转变边缘探测器具有响应速度快，低探测能量的优点。超导转变边缘探测器为非常灵敏的检测仪器，传统的超导转变边缘探测器对光子吸收较弱，加上观测环境的影响，使得超导转变边缘探测器使用效果差，探测不够准确。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够增强光子吸收的感应式超导边缘探测器及其制备方法。一种感应式超导边缘探测器包括：衬底；吸收层，设置在所述衬底的一个表面；介质层，设置在所述吸收层远离与所述衬底的表面，所述介质层具有增透性；绝缘层，覆盖所述吸收层和介质层设置；超导薄膜层，设置在所述绝缘层远离所述衬底的表面，并以连续闭合结构绕所述吸收层和介质层设置；约瑟夫森桥结，设置在所述超导薄膜层上。在其中一个实施例中，所述吸收层为铌硅薄膜或纯铌薄膜，所述超导薄膜层为纯铌薄膜。在其中一个实施例中，所述铌硅薄膜中，所述铌在所述铌硅薄膜中所占比例大于等于81.5％且小于等于97.1％，所述铌硅薄膜的超导转变温度处在3.85K到7.1K之间。在其中一个实施例中，所述吸收层和所述超导薄膜层的超导转变温度不同。本专利技术还提供一种感应式超导边缘探测器制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底，在所述衬底上生长吸收层，所述吸收层为铌硅薄膜或纯铌薄膜；在所述吸收层表面沉积介质层，所述介质层对入射的单光子具有增透作用；在所述介质层表面形成图案化的第一光刻胶层，覆盖第一预设区域的吸收层；进行第一次刻蚀，刻蚀掉所述第一预设区域外的吸收层和介质层，暴露出所述衬底；去除光刻胶，沉积形成绝缘层，覆盖所述衬底及所述吸收层和介质层的外表面；在所述绝缘层表面生长超导薄膜层，所述超导薄膜层为纯铌薄膜；在所述超导薄膜层上，形成图案化的第二光刻胶层，覆盖所述第二预设区域，所述第二预设区域为所述吸收层和介质层外围的环形连续区域；进行第二次刻蚀，刻蚀掉所述第二预设区域外的超导薄膜层，获得闭合环状超导结构为所述衬底表面上连续环绕在所述吸收层、介质层和部分绝缘层的外围；在所述闭合环状超导结构上，曝光制作出约瑟夫森桥结。在其中一个实施例中，所述进行第一次刻蚀，刻蚀掉所述第一预设区域外的吸收层和介质层，暴露出所述衬底的步骤包括：采用氟基的等离子体进行第一次刻蚀，刻蚀掉所述第一预设区域外的吸收层，暴露出所述衬底。在其中一个实施例中，所述去除光刻胶，沉积形成绝缘层，覆盖所述衬底及所述吸收层和介质层的外表面的步骤包括：将所述第一次刻蚀后的结构采用清洗剂进行去胶处理；在所述去胶后的结构表面，采用原子层沉积(ALD)技术沉积一5-10nm厚的绝缘层。在其中一个实施例中，在所述进行第二次刻蚀，刻蚀掉所述第二预设区域外的超导薄膜层，获得所述闭合环状超导结构所述衬底表面上连续环绕在所述吸收层、介质层和部分绝缘层的外围的步骤中，所述进行第二次刻蚀的时间大于预定刻蚀纯铌薄膜所需时间。在其中一个实施例中，所述在所述闭合环状超导结构上，曝光制作出约瑟夫森桥结的步骤包括：在所述环状超导结构上，采用聚焦离子束(FIB)直接制作出约瑟夫森桥结或者采用电子束曝光(EBL)制作图形然后采用干法刻蚀制作出约瑟夫森桥结。在其中一个实施例中，所述铌硅薄膜的制备方法包括：提供磁控共溅射室以及设置在所述磁控共溅射室内的铌靶和硅靶；控制所述磁控溅射室的真空度及所述铌靶和所述硅靶以预定溅射气压、预定溅射功率进行磁控溅射预定溅射时间，在所述衬底表面沉积成形为所述吸收层或所述超导薄膜层，其中，铌在所述吸收层中所占比例大于等于81.5％且小于等于97.1％，所述吸收层的超导转变温度在3.85K到7.1K之间。本专利技术提供了一种感应式超导边缘探测器及其制作方法，此感应式超导边缘探测器包含有一层具有对光子具有增透作用的介质层，提高了感应式超导边缘探测器对单光子的吸收效率。附图说明图1为本专利技术一个实施例的感应式超导边缘探测器结构俯视图；图2为图1中AB线位置的剖面；图3为本专利技术一个实施例的感应式超导边缘探测器制作方法的工艺流程图。主要元件符号说明感应式超导边缘探测器10衬底100吸收层200介质层300绝缘层400超导薄膜层500约瑟夫森桥结600第一光刻胶层110第二光刻胶层120具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参见图1和图2，本专利技术提供一种感应式超导边缘探测器10，包括：衬底100、吸收层200、介质层300、绝缘层400、超导薄膜层500和约瑟夫森桥结600；所述吸收层200设置在所述衬底100的一个表面；所述介质层300设置在所述吸收层200远离与所述衬底100的表面，所述介质层300具有增透性；所述绝缘层400覆盖所述吸收层200和介质层300设置；所述超导薄膜层500设置在所述绝缘层400远离所述衬底的表面，并以连续闭合结构环绕所述吸收层200和介质层300设置；所述约瑟夫森桥结600设置在所述超导薄膜层500上。所述衬底100材料可以为硅、硅化镁、氧化镁等。所述吸收层200设置在所述介质层300和所述衬底100之间，优选地所述吸收层200和所述介质层300齐平。所述介质层300可以为二氧化硅、氮化硅、或者其具有特殊设计的结构等。所述衬底100为带有氧化层的衬底。所述吸收层200和所述超导薄膜层500为超导材料制成。已知的超导材料有铌、氮化铌、铌硅混合材料等。所述闭合结构可以为环状、闭合矩形等。并且所述闭合结构的超导薄膜层500还可以包括该超导薄膜层两端带有两个超导薄膜制成连线，用于通入偏置电流。若偏置电流为直流电流，所述约瑟夫森桥结600至少两个，通过所述超导薄膜层并联而为的双结超导环。若偏置电流为射频电流，所述约瑟夫森桥结600可以为一个。本实施例中所提供的感应式超导边缘探测器10包括有一层具有对光子具有增透作用的介质层300，提高了感应式超导边缘探测器10对单光子的吸收效率。在一个实施例中，所述吸收层200为铌硅薄膜或纯铌薄膜，所述超导薄膜层500为纯铌薄膜。在一个实施例中，所述吸收层200和所述超导薄膜层500的超导转变温度具有不同的超导转变温度。在一个实施例中，所述吸收层200为铌硅薄膜。所述铌硅薄膜中，所述铌在所述铌硅薄膜中所占比例大于等于81.5％且小于等于97.1％，导致所述铌硅薄膜的超导转变温度处在3.85K到7.1K之间。以往，通过调节纯铌薄膜的厚度也可以调节超导薄膜层的超导转变温度。事实上，纯铌薄膜的厚度1nm时，超导转变温度为0.4K。而纯铌超导薄膜的厚度为5nm时，超导转变温度为5.9K。因此纯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应式超导边缘探测器，其特征在于，包括：衬底；吸收层，设置在所述衬底的一个表面；介质层，设置在所述吸收层远离所述衬底的表面，所述介质层具有增透性；绝缘层，覆盖所述吸收层和介质层设置；超导薄膜层，设置在所述绝缘层远离所述衬底的表面，并以连续闭合结构绕所述吸收层和介质层设置；约瑟夫森桥结，设置在所述超导薄膜层上。

【技术特征摘要】
1.一种感应式超导边缘探测器，其特征在于，包括：衬底；吸收层，设置在所述衬底的一个表面；介质层，设置在所述吸收层远离所述衬底的表面，所述介质层具有增透性；绝缘层，覆盖所述吸收层和介质层设置；超导薄膜层，设置在所述绝缘层远离所述衬底的表面，并以连续闭合结构绕所述吸收层和介质层设置；约瑟夫森桥结，设置在所述超导薄膜层上。2.根据权利要求1所述的感应式超导边缘探测器，其特征在于，所述吸收层为铌硅薄膜或纯铌薄膜，所述超导薄膜层为纯铌薄膜。3.根据权利要求2所述的感应式超导边缘探测器，其特征在于，所述铌硅薄膜中，所述铌在所述铌硅薄膜中所占比例大于等于81.5％且小于等于97.1％，所述铌硅薄膜的超导转变温度处在3.85K到7.1K之间。4.根据权利要求3所述的感应式超导边缘探测器，其特征在于，所述吸收层和所述超导薄膜层的超导转变温度不同。5.一种感应式超导边缘探测器制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供一衬底，在所述衬底上生长吸收层，所述吸收层为铌硅薄膜或纯铌薄膜；在所述吸收层表面沉积介质层，所述介质层对入射的单光子具有增透作用；在所述介质层表面形成图案化的第一光刻胶层，覆盖第一预设区域的吸收层；进行第一次刻蚀，刻蚀掉所述第一预设区域外的吸收层和介质层，暴露出所述衬底；去除光刻胶，沉积形成绝缘层，覆盖所述衬底及所述吸收层和介质层的外表面；在所述绝缘层表面生长超导薄膜层，所述超导薄膜层为纯铌薄膜；在所述超导薄膜层上，形成图案化的第二光刻胶层，覆盖所述第二预设区域，所述第二预设区域为所述吸收层和介质层外围的环形连续区域；进行第二次刻蚀，刻蚀掉所述第二预设区域外的超导薄膜层，获得闭合环状超导结构为所述衬底表面上连续环绕在所述吸收层、介质层和部分绝缘层的外围；在所述闭合环状超导结构上，曝光制作...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟青，王雪深，李劲劲，曹文会，钟源，王兰若，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11