[發明專利]一種基于超導納米線的高偏振比單光子探測器在審

申請號：	201410334719.9	申請日：	2014-07-15
公開（公告）號：	CN104091884A	公開（公告）日：	2014-10-08
發明（設計）人：	尤立星;李浩;郭琦;張偉君;張露;王鎮	申請（專利權）人：	中國科學院上海微系統與信息技術研究所
主分類號：	H01L39/08	分類號：	H01L39/08;H01L39/10;G01J1/42
代理公司：	上海光華專利事務所 31219	代理人：	李儀萍
地址：	200050 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于導納米線偏振光子探測器
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于光探測技術領域，涉及一種超導納米線單光子探測器，特別是涉及一種基于超導納米線的高偏振比單光子探測器。

背景技術

超導納米線單光子探測器件(Superconducting?Nanowire?Single?Photon?Detector，SNSPD)是一種重要的光探測器，可以實現從可見光到紅外波段的單光子探測。

SNSPD工作時置于低溫環境中(<4K)，器件處于超導態，并加以一定的偏置電流I_b，I_b略小于器件臨界電流I_c。當單個光子入射到器件中的納米線條上時，會拆散庫珀對，形成大量的熱電子，從而形成局域熱點，熱點在偏置電流I_b的作用下由于焦耳熱進行擴散，最終使得納米線條局部失超形成有阻區。之后熱電子能量通過電聲子相互作用傳遞并弛豫，再重新配對成超導態的庫珀對。由于超導材料的熱弛豫時間很短，因此當SNSPD接收到單個光子后，就會在器件兩端產生一個快速的電脈沖信號，從而實現單光子的探測功能。

目前，超導納米線單光子探測技術是近紅外波段綜合性能較好的單光子探測技術，在量子通信、深空通信、激光雷達、光纖傳感以及生物熒光光譜等領域具有重要的應用前景。

相比與半導體單光子探測器，比如光電倍增管以及雪崩光電二極管，超導納米線單光子探測器具有一個重要的特性：即納米線光柵結構的各向異性，對于不同偏振方向的光在吸收效率上具有較大的差異。目前的超導納米線單光子探測器件SNSPD主要采用低溫超導超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、TaN、NbTiN、WSi等，為了保證器件對光子的響應，現有的超導納米線單光子探測器所采用的厚度約為4-6nm，寬度為100nm左右蜿蜒結構的納米線結構。但是，這種結構的超導納米線單光子探測器件的偏振比非常低，不適用于要求高偏振比的單光子探測應用場合。

另外，現有的偏振傳感器包括CMOS傳感器、CCD傳感器等，其自身不具備偏振功能，因而，采用這些器件制作偏振傳感器時，需要在其外部集成光柵或偏振控制器等器件，工藝和結構均較為復雜，而且占用的體積較大，不利于集成度的提高。

因此，為了滿足偏振敏感的單光子探測應用需求，提供一種具有較高偏振比的超導納米線單光子探測器實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于超導納米線的高偏振比單光子探測器，用于解決現有技術中超導納米線單光子探測器的偏振比較低、或其它偏振探測器件結構復雜、體積過大的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于超導納米線的高偏振比單光子探測器，包括：

襯底；

抗反射層，結合于所述襯底表面；

超導納米線，呈周期性蜿蜒結構結合于所述抗反射層表面，所述超導納米線的寬度為不大于75納米，厚度為不小于7納米，占空比為不大于40％。

作為本發明的基于超導納米線的高偏振比單光子探測器的一種優選方案，所述呈超導納米線的寬度為不大于75納米，厚度為不小于7納米，占空比為不大于40％。

作為本發明的基于超導納米線的高偏振比單光子探測器的一種優選方案，所述單光子探測器的偏振比隨所述超導納米線的寬度增加而降低，隨厚度增加而增大。

作為本發明的基于超導納米線的高偏振比單光子探測器的一種優選方案，所述呈周期性蜿蜒結構的超導納米線的每個折彎處均為直角或U形拐角。

作為本發明的基于超導納米線的高偏振比單光子探測器的一種優選方案，所述襯底包括硅襯底、MgO襯底或藍寶石襯底，所述抗反射層的材料為二氧化硅，所述超導納米線的材料為NbN、Nb、TaN、NbTiN或WSi。