一种中红外超导纳米线单光子探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种中红外超导纳米线单光子探测器，采用电子束光刻技术和反应离子刻蚀技术，将含Mo、Si非晶或多晶超导薄膜，制成超导纳米线，作为探测器的光敏面，实现了中红外SNSPD的有效制备；采用中红外光源、可调衰减器、准直器、带通滤波器、稀释制冷机、光敏面、偏置器、放大器和计数器，组成探测器，采用自由空间耦合技术，有效解决了光纤耦合中红外SNSPD的难题；发射并接收中红外波段的光子，计算单位时间到达光敏面的光子数，为有效计算中红外SNSPD量子探测效率奠定了基础。SNSPD量子探测效率奠定了基础。SNSPD量子探测效率奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种中红外超导纳米线单光子探测器


[0001]本专利技术涉及一种光子探测
，具体涉及一种红外光子探测技术。

技术介绍

[0002]中红外辐射被定义为波长处于2.5
‑
25μm或400
‑
4000cm
‑1波数的电磁波，中红外单光子探测技术是红外领域的关键技术之一。许多生物分子所辐射的荧光波长均处于中红外波段上，且信号极其微弱，几乎达到单光子量级。在红外天文探测领域，国际上在建的最新式红外天文望远镜，如“起源号”天文望远镜，对中红外探测器的噪声等效功率要求提高到了10
‑
25
W/Hz
1/2
量级。由此可知，中红外单光子探测器在生物分子光谱分析、化学研究、天文观测等诸多领域中，具有极其重要的应用价值和可观的发展前景。
[0003]传统的半导体单光子探测器，如Si PMT，仅能工作在可见光波长范围内。Si SPADs和InGaAs SPADs的工作截止波长，虽然可扩展至近红外，但是探测效率都不高，且暗噪声较大。第三代半导体光电探测器HgCdTe、量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，包括：采用电子束光刻技术和反应离子刻蚀技术，将含Mo、Si非晶或多晶超导薄膜，制成超导纳米线，作为探测器的光敏面；采用中红外光源、可调衰减器、准直器、带通滤波器、稀释制冷机、光敏面、偏置器、放大器和计数器，组成探测器，采用自由空间耦合技术，发射并接收中红外波段的光子，计算单位时间到达光敏面的光子数。2.根据权利要求1所述的中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导薄膜，包括：衬底、超导纳米层、防氧化层，超导纳米层位于衬底表面，防氧化层位于超导纳米层表面；衬底的厚度为300
‑
650μm，采用硅或氮化硅或氧化硅或氧化镁；超导纳米层的厚度为3
‑
10nm；防氧化层采用电阻率大于10Ω
·
cm的绝缘薄膜，厚度为0.5
‑
20nm。3.根据权利要求2所述的中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导薄膜，包括：衬底表面粗糙度RMS<1nm，厚度为350μm；超导纳米层Mo和Si的材料组分比例为80:20，厚度为6.08nm；防氧化层采用Nb5N6，厚度为3nm。4.根据权利要求1所述的中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述电子束光刻技术，包括：采用电子束光刻系统、高分辨率负性电子束抗刻蚀剂和0.1
‑
1.0nA的书写束流，书写超导纳米线图形；所述反应离子刻蚀技术，包括：采用CF4或SF6或O2或CHF3或Ar或它们的混合气体作为刻蚀气体，将纳米线图形转移至MoSi薄膜上；所述超导纳米线的厚度为3
‑
10nm，线宽为20
‑
50nm，周期为50
‑
300nm，形状为蜿蜒结构，光敏面积为1
‑
10000μm2。5.根据权利要求4所述的中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述抗刻蚀剂的溶质浓度为2％，前烘温度为90℃，烘烤时间为4min，旋涂厚度为20
‑
50nm；所述电子束光刻系统的电子能量工作在100keV，束斑尺寸为2nm；所述刻蚀气体采用CF4，流量为20sccm，气压为1.2Pa，刻蚀功率为50W，刻蚀时间为65s。6.根据权利要求4或5所述的中红外超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导纳米线图形，包括：采用溶质浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蜡宝，陈奇，葛睿，李飞燕，张彪，靳飞飞，韩航，康琳，吴培亨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：