一种无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110931573A(43)申请公布日2020.03.27(21)申请号201911054486.6(22)申请日2019.10.31(71)申请人山东大学地址250199山东省济南市历城区山大南路27号(72)发明人王强徐明升侯雷(74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司37219代理人王素平(51)Int.Cl.H01L31/0216(2014.01)H01L31/0232(2014.01)H01L31/0352(2006.01)H01L31/09(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器及其制备方法，该超导纳米线单光子探测器包括：衬底；金属薄膜反射镜，结合于所述衬底表面；介质层，结合于所述金属薄膜反射镜表面；超导纳米线，结合于所述介质层表面；介质纳米线，结合于所述超导纳米线表面和所述介质层表面。本发明还提供了上述无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器的制备方法。本发明的探测器采用介质纳米线优化超导纳米线内部的电磁场分布，以及使用制备工艺简单的介质层和金属薄膜反射镜，提高了器件对各个偏振方向的入射光的吸收效率，具有无入射光偏振吸收差异、整体吸收率高的优势，提高了器件的整体性能。CN110931573ACN110931573A权利要求书1/2页1.一种无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，该超导纳米线单光子探测器包括：衬底；金属薄膜反射镜，结合于所述衬底表面；介质层，结合于所述金属薄膜反射镜表面；超导纳米线，结合于所述介质层表面；介质纳米线，结合于所述超导纳米线表面和所述介质层表面。2.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的衬底为硅衬底、砷化镓衬底、碳化硅衬底、氧化镁衬底、蓝宝石衬底中的至少一种；所述的衬底的厚度为300～500微米。3.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的金属薄膜反射镜包括第一薄膜层和第二薄膜层；所述的第一薄膜层的材料为钛或铟，所述的第一薄膜层结合于所述衬底表面；所述的第二薄膜层的材料为金、银或铝中的一种，所述的第二薄膜层结合于第一薄膜层表面。4.根据权利要求3所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的金属薄膜反射镜厚度为100～300纳米；其中，第一薄膜层的厚度10～50纳米，第二薄膜层的厚度90～250纳米。5.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的介质层材料为Si、SiO、SiO2、Si3N4中的至少一种；所述的介质层厚度为50～500纳米。6.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的超导纳米线材料为WSi、MoSi、MoGe、NbN、Nb、TaN、NbTiN中的至少一种；所述的超导纳米线厚度为4～10纳米，宽度为50～500纳米；所述的超导纳米线为周期排列的蜿蜒直角曲折形状，相邻超导纳米线之间的间距为0.5～2倍纳米线宽度。7.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的介质纳米线材料为Si、SiO、SiO2、Si3N4中的至少一种；所述的介质纳米线的厚度为10～100纳米。8.根据权利要求1所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述的结合于超导纳米线表面的介质纳米线位于超导纳米线表面中部，并与超导纳米线中心对齐，该介质纳米线的宽度为20纳米～单根超导纳米线宽度；所述的结合于介质层表面的介质纳米线填充于相邻超导纳米线之间，该介质纳米线的宽度等于相邻超导纳米线之间的间距。9.权利要求1-8任一项所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器的制备方法，包括步骤如下：(1)通过电子束蒸发或者磁控溅射，在预处理的衬底上蒸镀金属薄膜反射镜；(2)通过等离子增强化学气相沉积在金属薄膜反射镜上沉积一层介质层；(3)通过磁控溅射在介质层上沉积一层超导薄膜，然后通过紫外光刻制备电极，之后通过电子束曝光与反应离子刻蚀在超导薄膜上刻蚀出周期性排列的蜿蜒直角曲折的超导纳米线；(4)通过等离子增强化学气相沉积在器件上沉积一层介质薄膜，通过电子束曝光与反2CN110931573A权利要求书2/2页应离子刻蚀过程，去除超导纳米线表面边缘处介质薄膜，并保留超导纳米线表面中部和超导纳米线之间的介质薄膜，所保留的介质薄膜即形成介质纳米线。10.根据权利要求9所述的无偏振选择的高效率超导纳米线单光子探测器的制