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1、10申请公布号CN104091883A43申请公布日20141008CN104091883A21申请号201410334718422申请日20140715H01L39/02200601H01L39/10200601G01J1/4220060171申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号72发明人李浩尤立星王镇74专利代理机构上海光华专利事务所31219代理人李仪萍54发明名称一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器57摘要本发明提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，包括衬底；全介质多层薄膜反射镜，结合于所述衬底表面；超导纳米线，结。
2、合于所述全介质多层薄膜反射镜表面。所述衬底包括硅衬底、MGO衬底或蓝宝石衬底，所述全介质多层薄膜反射镜包括交替层叠的SIO2层与SIO层、交替层叠的SIO2层与SI层、交替层叠的SIO2层与TIO2层、或者交替层叠的SIO2层与TA2O5层，所述超导纳米线的材料包括NBN、NB、TAN、NBTIN或WSI。本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器具有高吸收效率、在较高吸收效率区对纳米线尺寸具有较大容忍度、且能避免了衬底FABRYPEROT腔对吸收效率的影响。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页1。
3、0申请公布号CN104091883ACN104091883A1/1页21一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于，包括衬底；全介质多层薄膜反射镜，结合于所述衬底表面；超导纳米线，结合于所述全介质多层薄膜反射镜表面。2根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述全介质多层薄膜反射镜包括交替层叠的SIO2层与SIO层、交替层叠的SIO2层与SI层、交替层叠的SIO2层与TIO2层、或者交替层叠的SIO2层与TA2O5层。3根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述超导纳米线的材料包括NBN、NB、TAN、NBT。
4、IN或WSI。4根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述超导纳米线为曲折蜿蜒形状。5根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述超导纳米线的宽度为50150纳米。6根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述超导纳米线的厚度为510纳米。7根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述衬底包括硅衬底、MGO衬底或蓝宝石衬底。8根据权利要求1所述的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其特征在于所述衬底的厚度为300500微米。权利要求书CN104091。
5、883A1/5页3一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器技术领域0001本发明属于光探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器。背景技术0002超导纳米线单光子探测器件SUPERCONDUCTINGNANOWIRESINGLEPHOTONDETECTOR，SNSPD是一种重要的光探测器，可以实现从可见光到红外波段的单光子探测。0003SNSPD工作时置于低温环境中4K，器件处于超导态，并加以一定的偏置电流IB，IB略小于器件临界电流IC。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热。
6、点在偏置电流IB的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态的库珀对。由于超导材料的热弛豫时间很短，因此当SNSPD接收到单个光子后，就会在器件两端产生一个快速的电脉冲信号，从而实现单光子的探测功能。0004可见，超导纳米线单光子探测技术是近红外波段综合性能最好的单光子探测技术，在量子通信、深空通信、激光雷达、光纤传感以及生物荧光光谱等领域具有重要的应用前景。0005超导纳米线单光子探测器件SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NBN、NB、TAN、NBTIN、WSI等，其典型厚度约为510NM，器件通常采。
7、用100NM左右宽度的曲折蜿蜒的纳米线结构。0006现有的一种正面入射结构的超导纳米线单光子探测器件结构如图1所示，其包括衬底20，结合于衬底20表面的二氧化硅层40以及结合于所述二氧化硅层40表面的超导纳米线60，这种结构的结构简单，但具有较低的光吸收效率，而且衬底的法布里珀罗FABRYPEROT腔会对吸收效率有一定影响。0007现有的一种背面入射结构的超导纳米线单光子探测器件结构如图2所示，其包括上下表面均具有抗反射层的衬底2040、光学腔体结构50、超导纳米线60、以及反射镜70等。这种结构具有较高的吸收效率，但仍然要面对器件到背面的耦合损耗，需要解决背面光到NBN纳米线的聚焦问题，而且。
8、，衬底FABRYPEROT腔会对吸收效率有一定影响。0008因此，提供一种具有高吸收效率、较高吸收效率区对纳米线尺寸具有较大容忍度、且能避免了衬底FABRYPEROT腔对吸收效率的影响的超导纳米线单光子探测器实属必要。发明内容0009鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中超导纳米线单光子探测器吸收效率低、较高吸收效率区对纳米线尺寸容忍度较低、且衬底FABRYPEROT腔对吸收效率的影响等问题。0010为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳说明书CN104091883A2/5页4米线单光子。
9、探测器，包括0011衬底；0012全介质多层薄膜反射镜，结合于所述衬底表面；0013超导纳米线，结合于所述全介质多层薄膜反射镜表面。0014作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述全介质多层薄膜反射镜包括交替层叠的SIO2层与SIO层、交替层叠的SIO2层与SI层、交替层叠的SIO2层与TIO2层、或者交替层叠的SIO2层与TA2O5层。0015作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线的材料包括NBN、NB、TAN、NBTIN或WSI。0016作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述。
10、超导纳米线为曲折蜿蜒形状。0017作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线的宽度为50150纳米。0018作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线的厚度为510纳米。0019作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述衬底包括硅衬底、MGO衬底或蓝宝石衬底。0020作为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述衬底的厚度为300500微米。0021如上所述，本发明提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，包括衬底；全介质多层薄膜反射镜，结合。
11、于所述衬底表面；超导纳米线，结合于所述全介质多层薄膜反射镜表面。所述衬底包括硅衬底、MGO衬底或蓝宝石衬底，所述全介质多层薄膜反射镜包括交替层叠的SIO2层与SIO层、交替层叠的SIO2层与SI层、交替层叠的SIO2层与TIO2层、或者交替层叠的SIO2层与TA2O5层，所述超导纳米线的材料包括NBN、NB、TAN、NBTIN或WSI。本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器具有高吸收效率、在较高吸收效率区对纳米线尺寸具有较大容忍度、且能避免了衬底FABRYPEROT腔对吸收效率的影响。附图说明0022图1显示为现有技术中的一种正面入射结构的超导纳米线单光子探测器件结构的结构示意图。。
12、0023图2显示为现有技术中的一种背面入射结构的超导纳米线单光子探测器件结构的结构示意图。0024图3图6显示为本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器的结构示意图。0025图7显示为本发明中介质薄膜反射镜的反射率以及基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器件吸收效率随波长的变化关系图。0026元件标号说明002710衬底说明书CN104091883A3/5页5002820全介质多层薄膜反射镜0029201SIO2层0030202SIO层0031203TIO2层0032204TA2O5层0033205SI层003430超导纳米线具体实施方式0035以下通过特定的具体实例说明本发明的。
13、实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。0036请参阅图3图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。0037实施例10038如图3所示，本实施例提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，包括0039衬底。
14、10；0040全介质多层薄膜反射镜20，结合于所述衬底10表面；0041超导纳米线30，结合于所述全介质多层薄膜反射镜20表面。0042作为实例，本实施例的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器为正面入射结构的超导纳米线30单光子探测器。0043作为示例，所述衬底10包括硅衬底、MGO衬底或蓝宝石衬底，所述衬底10的厚度为300500微米。在本实施例中，所述衬底10为硅衬底10，其厚度为400微米。当然，其他种类的衬底10或厚度也可能适用于本发明，因此，并不限定于此处所列举的几种示例。0044作为示例，如图3所示，本实施例中的所述全介质多层薄膜反射镜20为交替层叠的SIO2层201与SIO。
15、层202，且最上层即与超导纳米线30接触的层为SIO2层201。本实施例使用的全介质多层薄膜受益于成熟的光学薄膜技术，非常容易实现，工艺成本较低，使用全介质材料作为反射镜，避免金属材料对光的吸收损耗，尤其是避免了金属材料对红外波段光的损耗，而且，与衬底10表面采用反射镜结构，可以避免了衬底10FABRYPEROT腔会对吸收效率的影响。0045作为示例，所述超导纳米线30为曲折蜿蜒形状，所述超导纳米线30的材料包括NBN、NB、TAN、NBTIN或WSI。所述超导纳米线30的宽度为50纳米150纳米，所述超导纳米线30的厚度为5纳米10纳米。0046在本实施例中，所述超导纳米线30的材料为NBN。
16、，其宽度为100纳米，厚度为7纳米，周期为200纳米，并且，所述超导纳米线30呈曲折蜿蜒结构。当然，在其它的实施例中，说明书CN104091883A4/5页6所述超导纳米线30的材料、尺寸和形状均可依据实际需求进行改变，并不限于此处所列举的情况。0047实施例20048如图4所示，本实施例提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其基本结构如实施例1，其中，所述全介质多层薄膜反射镜20为交替层叠的SIO2层201与TIO2层203，且最上层即与超导纳米线30接触的层为SIO2层201。本实施例使用的全介质多层薄膜受益于成熟的光学薄膜技术，非常容易实现，工艺成本较低，使用全介质材料作为。
17、反射镜，避免金属材料对光的吸收损耗，尤其是避免了金属材料对红外波段光的损耗，而且，与衬底10表面采用反射镜结构，可以避免了衬底10FABRYPEROT腔会对吸收效率的影响。0049如图7中，给出了本实例中介质薄膜反射镜的反射率REFLECTIVITY以及基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器件吸收效率ABSORPTANCE随波长的变化关系图。可以看出在1550NM，有较高的吸收效率大于99。0050实施例30051如图5所示，本实施例提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其基本结构如实施例1，其中，所述全介质多层薄膜反射镜20为交替层叠的SIO2层201与TA2O5层204，。
18、且最上层即与超导纳米线30接触的层为SIO2层201。本实施例使用的全介质多层薄膜受益于成熟的光学薄膜技术，非常容易实现，工艺成本较低，使用全介质材料作为反射镜，避免金属材料对光的吸收损耗，尤其是避免了金属材料对红外波段光的损耗，而且，与衬底10表面采用反射镜结构，可以避免了衬底10FABRYPEROT腔会对吸收效率的影响。0052实施例40053如图6所示，本实施例提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，其基本结构如实施例1，其中，所述全介质多层薄膜反射镜20为交替层叠的SIO2层201与SI层205，且最上层即与超导纳米线30接触的层为SIO2层201。本实施例使用的全介质多层。
19、薄膜受益于成熟的光学薄膜技术，非常容易实现，工艺成本较低，使用全介质材料作为反射镜，避免金属材料对光的吸收损耗，尤其是避免了金属材料对红外波段光的损耗，而且，与衬底10表面采用反射镜结构，可以避免了衬底10FABRYPEROT腔会对吸收效率的影响。0054本发明具有以下有益效果0055第一，本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器具有较高的吸收效率，对于波长为1550NM附近的光波，吸收效率可高达99以上。0056第二，本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器在较高吸收效率区对纳米线尺寸具有较大容忍度，本发明在1550NM光波附近的200NM区域内都具有非常高的吸收效率，该。
20、区域内的吸收效率均达到90以上。0057第三、本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器可避免了衬底FABRYPEROT腔会对吸收效率的影响。0058如上所述，本发明提供一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器，包括衬底10；全介质多层薄膜反射镜20，结合于所述衬底10表面；超导纳米线30，结合于所说明书CN104091883A5/5页7述全介质多层薄膜反射镜20表面。所述衬底10包括硅衬底10、MGO衬底10或蓝宝石衬底10，所述全介质多层薄膜反射镜20包括交替层叠的SIO2层与SIO层、交替层叠的SIO2层与TIO2层、或者交替层叠的SIO2层与TA2O5，所述超导纳米线30。
21、的材料包括NBN、NB、TAN、NBTIN或WSI。本发明的基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器具有高吸收效率、在较高吸收效率区对纳米线尺寸具有较大容忍度、且能避免了衬底10FABRYPEROT腔对吸收效率的影响。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。0059上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。说明书CN104091883A1/4页8图1图2说明书附图CN104091883A2/4页9图3图4说明书附图CN104091883A3/4页10图5图6说明书附图CN104091883A104/4页11图7说明书附图CN104091883A11。