【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超导氮化铌薄膜，具体涉及一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法及其应用。
技术介绍
1、超导动态电感探测器(kid)是下一代最具潜力的超高灵敏度探测器之一，它是一个由超导薄膜平面电感和平面电容组成的谐振腔。能量大于超导材料能隙的入射光子被超导薄膜吸收，拆散库珀对，产生准粒子，超导薄膜的表面阻抗会随之发生变化，从而导致谐振腔的谐振频率f及品质因子q的变化，通过测量这些微弱变化，可以实现对入射光子信息特征的探测。kid由于采用频分复用的读出方式，通常一根馈线就可以读出成百上千个kids单元中的信号，在实现大阵列集成，提高成像分辨率上展现出显著优势。在宇宙天文探测、单光子探测、暗物质探测、安检成像以及生物医学诊断等领域具有巨大应用价值。
2、在众多低能隙超导材料当中，超导材料氮化铌(nbn)具有相对较高超导转变温度(tc～17k)，基于nbn薄膜的超导器件工作温度可以在成本较低的4.2k液态氦低温冷却器中实现。此外，nbn薄膜还具有高动态电感、转变宽度窄、超导能隙小(δ(0)～2.5mev)、利用反应磁控溅射技术很容易制备且材料稳定性良好，这些特性使nbn薄膜在超导动态电感探测器技术、现代单光子探测技术、太赫兹成像技术等领域受到了广泛的研究与应用。
3、nbn薄膜作为制备高性能kid的一种重要材料，通过合理控制薄膜的制备条件和掺杂浓度，可以获得优异的超导性能，提高探测器的性能指标。目前，大部分研究通过利用高沉积温度(>500℃)、插入缓冲层或选用mgo单晶衬底等方法，均可大幅度提
技术实现思路
1、鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法及其应用，该方法通过改变磁控溅射的沉积气压协同氮气氩气质量流量比、溅射功率和溅射时间的方法，在保证电离形成稳定辉光的前提下，溅射离子迁移到达衬底前经过适当的平均自由程，有利于溅射原子到基底表面时获得成核和结晶，减小薄膜内部的缺陷，提高薄膜的结晶质量，从而提高薄膜的超导转变温度，制备工艺简单，适合批量化生产，能够应用于超导动态电感探测器的研制等领域。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、本专利技术实施例提供的一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，包括以下步骤：
4、固定si衬底温度为室温，溅射功率为100w～300w，沉积气压为1mtorr～5mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为15％～35％，溅射时间为1200s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为6～14k的nbn超导薄膜。
5、优选地，固定si衬底温度为室温，溅射功率为300w，沉积气压为1mtorr～5mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为30％，溅射时间为1200s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为6～14k的nbn超导薄膜。
6、本专利技术另一实施例提供的一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，包括以下步骤：
7、固定si衬底温度为室温，溅射功率为100w～300w，沉积气压为1mtorr～4mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为15％～35％，溅射时间为1300s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为9～14k的nbn超导薄膜。
8、优选地，固定si衬底温度为室温，溅射功率为300w，沉积气压为1mtorr～4mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为30％，溅射时间为1300s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为9～14k的nbn超导薄膜。
9、本专利技术另一实施例提供的一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，包括以下步骤：
10、固定si衬底温度为室温，溅射功率为100w～300w，沉积气压为2mtorr～3mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为15％～35％，溅射时间为1400s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为11～14k的nbn超导薄膜。
11、优选地，固定si衬底温度为室温，溅射功率为300w，沉积气压为2mtorr～3mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为30％，溅射时间为1400s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为11～14k的nbn超导薄膜。
12、本专利技术另一实施例提供的一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，包括以下步骤：
13、固定si衬底温度为室温，溅射功率为100w～300w，沉积气压为3mtorr～4mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为15％～35％，溅射时间为1400s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为9～11k的nbn超导薄膜。
14、优选地，固定si衬底温度为室温，溅射功率为300w，沉积气压为3mtorr～4mtorr，反应气体n2和工作气体ar的气体质量流量比为30％，溅射时间为1400s～1500s，在si衬底上沉积得到超导转变温度为9～11k的nbn超导薄膜。
15、优选地，在沉积nbn超导薄膜时选用金属nb靶材，沉积前先将该金属nb靶材装入磁控溅射设备的镀膜腔，并抽真空到超高真空，超高真空的本底真空度<5.0×10-8torr。
16、优选地，在沉积nbn超导薄膜时选用高阻si衬底，高阻si衬底在使用前先进行离子清洗去除衬底表面的杂质离子，其中，离子清洗的离子束为氩离子束，离子清洗真空环境<5.0×10-8torr，氩气流量为20sccm～100sccm，离子源功率为30w～100w，工作气压为1.0mtorr～10.0mtorr，离子清洗时间为60s～300s。
17、优选地，在沉积nbn超导薄膜前，先进行nbn薄膜预溅射，预溅射时设置反应气体n2和工作气体ar的质量流量比为5％～50％，溅射功率为50w～800w，沉积气压为1.0mtorr～10.0mtorr，溅射时间为60s～300s。
18、本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.一种室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.一种室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求1-4任一项所述的室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，在沉积NbN超导薄膜时选用金属Nb靶材，沉积前先将该金属Nb靶材装入磁控溅射设备的镀膜腔，并抽真空到超高真空，超高真空的本底真空度<5.0×10-8Torr。
6.根据权利要求1-4任一项所述的室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，在沉积NbN超导薄膜时选用高阻Si衬底，高阻Si衬底在使用前先进行离子清洗去除衬底表面的杂质离子，其中，离子清洗的离子束为氩离子束，离子清洗真空环境<5.0×10-8Torr，氩气流量为20sccm～100sccm，离子源功率为30W～1
7.根据权利要求1-4任一项所述的室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，在沉积NbN超导薄膜前，先进行NbN薄膜预溅射，预溅射时设置反应气体N2和工作气体Ar的质量流量比为5％～50％，溅射功率为50W～800W，沉积气压为1.0mTorr～10.0mTorr，溅射时间为60s～300s。
8.一种具有高超导转变温度的NbN超导薄膜，其特征在于，所述具有高超导转变温度的NbN超导薄膜通过权利要求1-7任一项所述方法制备得到，NbN超导薄膜的厚度为140～160nm。
9.一种室温优化Si衬底上NbN薄膜超导转变温度的方法在超导动态电感探测器中的应用，其特征在于，通过所述方法制备得到具有高超导转变温度的NbN超导薄膜，在超导动态电感探测器中用作超导薄膜平面电感。
...【技术特征摘要】
1.一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.一种室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求1-4任一项所述的室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，在沉积nbn超导薄膜时选用金属nb靶材，沉积前先将该金属nb靶材装入磁控溅射设备的镀膜腔，并抽真空到超高真空，超高真空的本底真空度<5.0×10-8torr。
6.根据权利要求1-4任一项所述的室温优化si衬底上nbn薄膜超导转变温度的方法，其特征在于，在沉积nbn超导薄膜时选用高阻si衬底，高阻si衬底在使用前先进行离子清洗去除衬底表面的杂质离子，其中，离子清洗的离子束为氩离子束，离子清洗真空环境<...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽慧，张晓航，张超，段然，赵志峰，李菂，穆堂杰，余诗玲，冯毅，陈志伟，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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