[发明专利]一种提高NbN薄膜超导性能的离子辐照方法

说明书

本发明公开了一种提高NbN薄膜超导性能的离子辐照方法，其技术方案是：具体步骤如下：S1、使用离子辐照技术，选择Krsupgt;15+/supgt;、Nsupgt;1+/supgt;和Hsupgt;1+/supgt;离子的某一个离子束垂直照射NbN薄膜；S2、通过控制离子束流大小和辐照时间来调整作用在NbN薄膜上的辐照剂量。本发明有益效果是：当离子束和NbN相互作用时，NbN超导薄膜中会产生一定数量的空位缺陷，该空位缺陷可作为有效的钉扎中心，提高NbN超导薄膜的磁通钉扎力，通过调控辐照离子的种类和辐照剂量，可以直接调控薄膜中空位缺陷的密度分布，从而增加NbN薄膜的超导临界电流密度，采用辐照处理后的NbN薄膜的超导器件，工作效率和噪声水平都会得到改善。

技术领域

本发明涉及超导薄膜和超导器件技术领域，具体涉及一种提高NbN薄膜超导性能的离子辐照方法。

背景技术

由于NbN材料独特的超导性能，NbN薄膜已经广泛地应用于制备各种超导器件，例如超导单光子探测器等，超导单光子探测器的暗计数率主要取决于NbN薄膜内的磁通涡旋运动。抑制超导体内磁通涡旋运动的最有效途径就是在超导体内引入新的钉扎中心，提高其钉扎力，而反映超导体钉扎力大小最直接的手段就是表征其超导临界电流密度的变化，超导临界电流密度越高，超导体的钉扎力越大。

现有的薄膜内部的超导磁通涡旋运动会产生能量损耗，增加超导器件中的噪声，从而影响了器件的正常运行。

发明内容

为此，本发明提供一种提高NbN薄膜超导性能的离子辐照方法，通过离子辐照方法调控NbN薄膜的磁通钉扎能力，以解决薄膜内部的超导磁通涡旋运动会产生能量损耗，增加超导器件中的噪声，从而影响了器件的正常运行的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高NbN薄膜超导性能的离子辐照方法，具体步骤如下：

S1、使用离子辐照技术，选择Kr¹⁵⁺、N¹⁺和H¹⁺离子的某一个离子束垂直照射NbN薄膜；

S2、通过控制离子束流大小和辐照时间来调整作用在NbN薄膜上的辐照剂量。

优选的，所述NbN超导薄膜是通过磁控溅射在基底上沉积获得，其厚度范围为100nm-400nm。

优选的，所述Kr¹⁵⁺、N¹⁺和H¹⁺离子的能量分别是3750keV、15keV和300keV。

优选的，所述Kr¹⁵⁺、N¹⁺和H¹⁺离子的辐照剂量范围分别为1×10¹³-1×10¹⁵ions/cm²、5×10¹²-1×10¹⁵ions/cm²和5×10¹⁴-2×10¹⁶ions/cm²。

本发明实施例具有如下优点：

当离子束和NbN相互作用时，NbN超导薄膜中会产生一定数量的空位缺陷，该空位缺陷可作为有效的钉扎中心，提高NbN超导薄膜的磁通钉扎力，通过调控辐照离子的种类和辐照剂量，可以直接调控薄膜中空位缺陷的密度分布，从而增加NbN薄膜的超导临界电流密度，采用辐照处理后的NbN薄膜的超导器件，工作效率和噪声水平都会得到改善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。