[发明专利]一种基于元素成像的超导纳米线均匀性分析的方法

说明书

本发明公开了一种基于元素成像对超导纳米线进行均匀性分析的方法，包括以下步骤：制备需要进行均匀性分析的纳米线条样品；对选定区域选定元素进行AES元素成像；将所得元素分布强度信息导入MATLAB；对所得信息进行横向分析，标定纳米线过渡区宽度参数；对所得信息进行纵向分析，标定纳米线边缘粗糙度参数。本发明提出了标定纳米线均匀性的参数，并通过实例说明给出了详细的分析方法，所得均匀性分析结果与实际超导纳米线制备情况相符，为判别超导纳米线质量提供了直观的标准。

技术领域

本发明涉及一种分析超导纳米线均匀性的方法，具体涉及一种基于AES元素成像，借助MATLAB软件对超导纳米线均匀性进行分析的方法。

背景技术

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有效率高、暗计数低、探测速度快和响应频谱宽等特点，是目前综合性能最佳的单光子探测器，在量子通信、高速深空通讯、激光测距、生物荧光检测等方面有诸多应用。这些应用也要求SNSPD进一步提高其性能，需要器件具有更高效率，更大探测面积，更大阵列规模和光子数分辨功能等。大阵列和大尺寸的SNSPD器件相比小尺寸普通器件而言，其制备工艺的难度急剧提高，一致性和成品率也进一步下降，这都制约了SNSPD器件的进一步发展和应用。造成这种瓶颈的主要原因是超导纳米线的均匀性，包括薄膜材料的均匀性和纳米线条的图形均匀性，难以保证。

具有超大长宽比的超导纳米线条是超导纳米线单光子探测器器件(SNSPD)制备的核心组成部分，其均匀性直接影响了器件的探测效率、暗计数、时间抖动等关键参数，也是影响器件一致性和成品率的重要因素。

目前对于超导纳米线均匀性的分析主要集中在几何设计及缺陷方面，对于薄膜及纳米线本身的均匀性分析较少，且缺乏直观的判别纳米线质量的标准。这给器件制作的前期筛选带来了很多困难。

发明内容

发明目的：通过对纳米线的AES元素成像和MATLAB图形分析，从元素分布均匀性角度建立了一种评价超导纳米线条均匀性的方法。这种方法可以直观地表征薄膜及纳米线均匀性，为优化器件制备工艺和提高器件成品率，提供预判筛选标准和判据。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于AES元素成像，借助MATLAB软件图像分析对超导纳米线均匀性进行分析的方法，包括以下步骤：

(1)超导纳米线样品制备

制备超导纳米线样品；

(2)AES元素成像

使用俄歇电子谱(AES)对选定纳米线区域进行扫描元素成像；

(3)MATLAB数据分析

根据AES成像所得数据，利用MATLAB软件绘制元素强度分布图；

(4)纳米线条边缘过渡区参数标定

在垂直于纳米线条方向，通过计算确认各元素过渡区宽度；

(5)纳米线条边缘粗糙度参数标定

在平行于纳米线条方向，通过计算获得竖直方向上纳米线条边缘的均匀性分析信息，从而标定纳米线条边缘粗糙度。

有益效果：本发明可以对超导纳米线条针对不同元素进行均匀性分布分析，并可通过纳米线条边缘过渡区参数和纳米线条边缘粗糙度参数的计算直观反映纳米线条均匀性。此方法对不同材料制备的超导纳米线条均适用，借助所得参数可对不同条件下制备的纳米线条均匀性进行直接比较。

附图说明

图1是200nm、400nm和600nm宽的NbN纳米线条的SEM(扫描电子显微镜，ScanningElectron Microscope)图；