0105]甩膠后樣品前烘120°C烘烤5min，曝光15s，中烘95°C烘烤3min。
[0106]實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電極材料為鈦-金，先蒸鍍10nm Ti，然后蒸鍍30nm金。不同電子束曝光機(jī)應(yīng)先用陪片進(jìn)行劑量測(cè)試，方可在正片上加工。
[0107]其中，顯影液為25% TMAH，顯影時(shí)間30s。
[0108]先用15sccm的02對(duì)腔室清洗15min。蒸鍍材料為銀，厚度約為240nm。器件封裝分為兩步:覆蓋HSQ以及蒸鍍反射銀層。HSQ覆蓋厚度約為240nm。蒸鍍反射銀層厚度約為30nmo
[0109]與加工傳統(tǒng)超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器不同，本發(fā)明實(shí)施例中所采用的納米天線3為陣列式結(jié)構(gòu)，且工作尺寸在?lOOnm左右，對(duì)加工精度要求高。Raith 150電子束曝光機(jī)的對(duì)準(zhǔn)精度在15nm左右。因此最佳方法是設(shè)計(jì)更窄的納米天線3的尺寸(一般減小30nm)以防止納米天線蒸鍍時(shí)落在納米線上，影響納米線電學(xué)響應(yīng)。
[0110]實(shí)施例6
[0111]下面結(jié)合具體的計(jì)算公式、圖6對(duì)本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器進(jìn)行可行性驗(yàn)證，詳見下文描述:
[0112]吸收效率與光腔腔長關(guān)系的仿真實(shí)驗(yàn)需考慮兩種偏振態(tài)的吸收，并通過比較計(jì)算出其偏振敏感度。為保證在納米線2的位置上有最大吸收，應(yīng)使光場(chǎng)在納米線2的平面附近處于電場(chǎng)峰值，換句話說，需要保證納米線2的平面位于光駐波場(chǎng)強(qiáng)的波峰位置。因此，需按照如下估算光腔腔長Lc:
[0113]Lc = λ / (4nHSQ) (3)
[0114]其中，λ為波長；nHSQ為氫硅倍半環(huán)氧乙烷在該波長下的折射率。
[0115]在1550nm波段，可計(jì)算出Lc為280nm，在280nm附近掃描光腔腔長。模擬中，光腔腔長的變化范圍由80nm至450nm變化。
[0116]響應(yīng)譜寬是表征器件的重要指標(biāo)。模擬中，選取波段以近紅外波段為主，波長變化由1240nm至2000nm ;同時(shí)考慮兩種偏振態(tài)的吸收響應(yīng)，并計(jì)算其偏振敏感度。
[0117]圖6(a)為在1550nm波長下，納米線吸收效率與L。的關(guān)系。矩形組成的曲線為TE偏振方向的光吸收效率；倒三角形組成的曲線為TM偏振方向的光吸收效率；圓點(diǎn)組成的曲線為兩種偏振態(tài)的偏振敏感度。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，在光腔腔長為240nm時(shí)產(chǎn)生最大吸收，吸收效率約為80%。
[0118]圖6(b)為在240nm光腔腔長下的寬譜響應(yīng)圖，小矩形組成的曲線為TE偏振方向的光吸收效率；正三角形組成的曲線為TM偏振方向的光吸收效率；大矩形組成的曲線為兩種偏振態(tài)的偏振敏感度(Polarizat1n Sensitivity)。
[0119]由圖6(a)可以看出，兩種偏振態(tài)的吸收效率幾乎是相同的，最大值均可達(dá)到80%左右，且均在光腔腔長為240nm時(shí)達(dá)到最大，該處偏振敏感度小于0.02。
[0120]相比于傳統(tǒng)的回形納米線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)偏振敏感度有非常明顯的降低，這是由于Peano結(jié)構(gòu)的納米線2在兩個(gè)偏振方向都有足夠的長度吸收光子能量，從而保證兩種偏振態(tài)的均衡吸收。但是，Peano結(jié)構(gòu)僅僅保證偏振敏感度很低，卻不能同時(shí)保證高吸收效率。
[0121]納米天線3在加入微腔的基礎(chǔ)上更高一步地提高了光吸收效率。在沒有納米天線3以及微腔時(shí)，兩種偏振態(tài)的吸收分別為24.3% (TE)和24.5% (TM)。
[0122]加入微腔后，兩種偏振態(tài)效率可分別提升至55.5% (TE)和55.7% (TM)。加入納米天線3之后，兩種偏振態(tài)效率均提升至80%。在光腔腔長固定為240nm的條件下，波長由1240nm 變換至 2000nm。
[0123]由圖6(b)可以發(fā)現(xiàn)。在這個(gè)波段內(nèi)，兩種偏振態(tài)的吸收均在70%以上，最高時(shí)可達(dá)83% (1650nm)。在此波段內(nèi)，偏振敏感度均小于0.05。在1240_2000nm的光譜范圍內(nèi)，Peano結(jié)構(gòu)是寬譜吸收的。
[0124]綜上所述，本發(fā)明可以大大減小超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的偏振敏感度，使兩個(gè)偏振態(tài)的最大吸收效率都在80%左右，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。
[0125]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0126]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0127]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器，所述單光子探測(cè)器包括:襯底、納米線、納米天線、氫硅倍半環(huán)氧乙烷層以及銀反射層，其特征在于， 所述納米線以分形的形式排布，用于實(shí)現(xiàn)納米線對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)光的吸收偏振不敏感； 在納米線的基礎(chǔ)上添加陣列式納米天線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器，其特征在于，所述納米線以分形的形式排布具體為: 所述納米線由最小結(jié)構(gòu)單元、次級(jí)結(jié)構(gòu)以及三級(jí)結(jié)構(gòu)組成； 其中，最小結(jié)構(gòu)單元由皮亞諾曲線構(gòu)成； 次級(jí)結(jié)構(gòu)由若干個(gè)最小結(jié)構(gòu)單元連接而成；三級(jí)結(jié)構(gòu)又由若干個(gè)次級(jí)結(jié)構(gòu)連接而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器，其特征在于，所述襯底為:Si02襯底、Si襯底、藍(lán)寶石襯底、MgO襯底或SOI襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器，其特征在于， 所述納米線的材料為氮化銀超導(dǎo)材料； 所述陣列式納米天線為二維陣列式納米天線。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器，其特征在于，所述納米線需經(jīng)過蒸鍍、電子束曝光以及反應(yīng)離子束刻蝕加工的步驟。6.一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 用磁控濺射的方式在襯底上濺射一層超導(dǎo)材料； 利用光刻與電子束蒸鍍相結(jié)合的方式制備電極； 用電子束曝光和反應(yīng)離子束刻蝕相配合的方式制備分形納米線； 利用電子束曝光與電子束蒸鍍相結(jié)合的方式制備納米天線。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括:覆蓋氫硅倍半環(huán)氧乙烷層以及銀反射層。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述納米天線與刻蝕后的納米線采用套刻設(shè)計(jì)。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括:在磁控濺射前，采用02對(duì)腔室進(jìn)行清洗。10.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述超導(dǎo)材料為氮化鈮材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超導(dǎo)分形納米線單光子探測(cè)器及其制備方法，所述單光子探測(cè)器包括：襯底、納米線、納米天線、氫硅倍半環(huán)氧乙烷層以及銀反射層，所述納米線以分形的形式排布，用于實(shí)現(xiàn)納米線對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)光的吸收偏振不敏感；在納米線的基礎(chǔ)上添加陣列式納米天線。所述制備方法包括：用磁控濺射的方法在襯底上濺射一層超導(dǎo)材料；利用光刻與電子束蒸鍍相結(jié)合的方式制備電極；用電子束曝光和反應(yīng)離子束刻蝕相配合的方式制備分形納米線；利用電子束曝光與電子束蒸鍍相結(jié)合的方式制備納米天線。本發(fā)明減小了超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的偏振敏感度，使得偏振敏感度小于0.02，兩個(gè)正交偏振態(tài)吸收效率均達(dá)到80％，寬譜吸收效率高于70％，且適用于各種超導(dǎo)材料。
【IPC分類】H01L39/02, H01L39/00
【公開號(hào)】CN105374928
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510788584
【發(fā)明人】胡小龍, 顧超, 程宇豪, 朱曉田, 劉海毅
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日