[发明专利]一种大面积、低成本的超导纳米线单光子探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种大面积、低成本的超导纳米线单光子探测器的制备方法，在基底表面制备一层超导薄膜材料；在超导薄膜上制备一层反射辅助成像膜层，反射辅助层结构主要起增强放大成像信息中的倏逝波成分；在反射辅助成像膜层上制备一层成像层；接着制备一层透射辅助成像膜层，该层主要起激发表面等离子体波，将高级次衍射波耦合进表面等离子体当中；利用表面等离子体光刻技术，通过光刻工艺获得设计的超导纳米线单光子探测器结构；通过刻蚀传递方法，将成像层中的纳米线探测器结构传递到下层超导薄膜层，获得最终的超导纳米线单光子探测器。本发明有效克服目前纳米线单光子探测器件加工依赖电子束曝光耗时较长、成本较高的难题。

技术领域

本发明涉及超导纳米线单光子探测器制备的技术领域，具体涉及一种大面积、低成本的超导纳米线单光子探测器的制备方法。

背景技术

超导单光子探测器(SNSPD)具有量子效率高，暗计数低，计数率高，电路设计简洁等优势，主要应用于量子通信，卫星测距，深空通信等弱光探测领域。目前遇到的加工难点在于大面积、图形均一性好的特征尺寸在100nm量级的超导纳米线的加工工艺上。面对这个难点，当前主流加工方案是采用商业电子束曝光设备完成大面积100nm的超导纳米线的加工，虽然商业电子束曝光系统解决了加工精度的难点，但依然面临着加工效率低、仪器昂贵、维护成本高等问题，无法满足未来产业化SNSPD的应用需求。而且，利用电子束加工单光子探测器件时一般需要将纳米线精细结合和电极等标记粗结构分开加工。而基于表面等离子体(SP)光刻技术所制备的器件不仅能够在特征尺寸上达到要求，线条的均一性也达到了较高的水准，同时，表面等离子体光刻技术可以一次实现不同结构特征尺寸、大面积图形的加工，具有加工时间短，加工成本低等优势，在同类纳米加工方法中比商业解决方案具有更优的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服超导单光子探测器中的纳米线结构采用电子束曝光技术带来的加工效率低下、加工设备和加工成本昂贵的问题。提供一种基于表面等离子体光刻技术的大面积、低成本的超导纳米线单光子探测器的制备方法，该方法只需要常规的镀膜、涂胶和刻蚀传递，就可以制备出百纳米及更高分辨力超导单光子探测器结构，拓展了表面等离子体光刻技术的应用范围。同时提供了一种大面积、低成本的超导单光子探测器加工方法，为未来产业化SNSPD的应用需求提供了一种途径。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种大面积、低成本的超导纳米线单光子探测器的制备方法，包括下列步骤：

步骤(1)选择平整的基底；

步骤(2)在基底表面制备一层超导薄膜，超导薄膜层的厚度为d₁＝2～100nm；

步骤(3)在超导薄膜层上制备一层反射式辅助成像膜层，厚度d₂＝10～100nm；控制表面平整度≦2nm；

步骤(4)在反射式辅助成像膜层上制备一层成像膜层，控制胶厚d₃＝15～150nm；

步骤(5)在成像膜层上继续制备一层透射式辅助成像膜层，厚度为d₄＝10～100nm；

步骤(6)利用表面等离子体光刻技术，在成像膜层上显影得到所需的超导纳米线单光子探测器结构，所得到的纳米线单光子探测器结构：面积d₅＝0.05mm～100mm，电极图形宽度d₆＝1μm～500μm，纳米线图形周期d₇＝40nm～500nm，线宽d₈＝15～300nm；

步骤(7)对步骤(6)中得到的单光子探测器结构进行刻蚀，将成像层中的探测器结构转移到底层反射辅助成像膜层当中；

步骤(8)在步骤(7)中得到的反射辅助成像膜层中的单光子探测器结构进行二次刻蚀传递，将探测器图形结构传递到底层的超导材料当中；