一种铜氧基高温超导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CN110890434A(43)申请公布日2020.03.17(21)申请号201911056661.5(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代理人赵龙群(51)Int.Cl.H01L31/0232(2014.01)H01L31/0352(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种铜氧基高温超导单光子探测器及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种铜氧基高温超导单光子探测器及其制备方法，该单光子探测器包括自下到上依次设置的衬底、铜氧基高温超导微米线和介质薄膜反射镜，铜氧基高温超导微米线中设置有纳米孔阵列，铜氧基高温超导微米线上设置有金属纳米颗粒。该单光子探测器工作于液氮温度77K，液氮的使用和存储成本大大低于液氦装备，方便了单光子探测器的使用。探测器采用背面入射的工作方式，同时利用金属纳米颗粒的局域增强效应，不但提高了器件的光吸收率，而且还从整体上增强了对各个偏振方向入射光的探测效率。铜氧基高温超导单光子探测器的制备方法工作成本低、制备工艺简单。CN110890434ACN110890434A权利要求书1/2页1.一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，包括自下到上依次设置的衬底、铜氧基高温超导微米线和介质薄膜反射镜，所述铜氧基高温超导微米线中设置有纳米孔阵列，所述铜氧基高温超导微米线上设置有金属纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述铜氧基高温超导微米线的材料为YBa2Cu3O7(YBCO)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(BSCCO)、HgBa2Ca2Cu3O8(HBCCO)中任一种。3.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述铜氧基高温超导微米线中纳米孔阵列的占空比为0.1-0.8；优选的，所述铜氧基高温超导微米线中纳米孔阵列的占空比为0.5。4.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述纳米孔阵列为周期性排列的纳米孔或者随机分布的纳米孔；所述纳米孔阵列中纳米孔的形状为正方形、矩形、椭圆形、圆形中和多边形中任一种；优选的，纳米孔阵列的周期为150-300nm；所述纳米孔的大小为50nm～500nm。5.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述金属纳米颗粒的形状为金纳米球、金纳米棒、银纳米球、银纳米棒中的任一种；所述金属纳米颗粒的大小为20nm～200nm；优选的，所述金属纳米颗粒的大小为50nm。6.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述铜氧基高温超导微米线的宽度为0.2μm～5μm，厚度为4nm～40nm；优选的，所述铜氧基高温超导微米线的宽度为1μm，厚度为4nm。7.根据权利要求1所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器，其特征在于，所述介质薄膜反射镜为交替层叠的低折射率介质层SiO2层与高折射率介质层SiO层、交替层叠的低折射率介质层SiO2层与高折射率介质层TiO2层、交替层叠的低折射率介质层SiO2层与高折射率介质层Si层中的任一种；高低折射率介质层和低折射率介质层的厚度均为入射波长的四分之一；所述介质薄膜反射镜中低折射率介质层、高折射率介质层的重复周期数为10-20。8.如权利要求1-7任一项所述的一种铜氧基高温超导单光子探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将衬底进行清洗；(2)通过磁控溅射在衬底上沉积一层铜氧基高温超导薄膜，铜氧基高温超导薄膜生长完毕后，再进行退火处理；(3)通过紫外光刻制备电极，再通过电子束曝光与反应离子刻蚀在铜氧基高温超导薄膜上刻蚀包含纳米孔阵列的铜氧基高温超导微米线；(4)利用旋涂工艺，将含有金属纳米颗粒的溶液均匀分散在包含纳米孔阵列的铜氧基高温超导微米线的表面；(5)通过等离子体增强化学气相沉积在包含纳米孔阵列的铜氧基高温超导微米线上交替层叠沉积低折射率介质层和高折射率介质层。9.根据权利要求8所述的铜氧基高温超导单光子探测器的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，旋涂的速度为3500-4500r/s，旋涂的时间为25-35s；优选的，旋涂的速度为4000r/s，旋涂的时间为30s。10.根据权利要求8所述的铜氧基高温超导单光子探测器的制备方法，其特征在于，步2CN110890434A权利要求书2/2页骤(2)中，磁控溅射的过程中衬底的温度保持在650-700℃，磁控溅射的时间为1-20min；在氧气环境中进行退火，退火的温度为350-45