[發(fā)明專利]大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110675450.0
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113555467B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈小氫;楊舒超;鮑涵;徐韜;秦志;涂學湊;張蠟寶;趙清源;康琳;陳健;吳培亨
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/0352;H10N60/01;H10N60/85
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將Si基片分別用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗3-5分鐘，并在光學顯微鏡下觀察其表面潔凈度，無明顯顆粒雜物，備用；

步驟2，將備用的基片送入磁控濺射系統(tǒng)副室，進行氬離子清洗，清除基片表面分子級別的雜質(zhì)，并讓薄膜與襯底更易結(jié)合；

步驟3，將離子清洗后的基片送入主室，通過直流磁控濺射生長厚度5nm的MoSi薄膜；

步驟4，MoSi薄膜生長完畢后，在真空室中原位射頻磁控濺射生長Nb₅N₆薄膜；

步驟5，繪制大面積掩模版圖形，并采用圖形補償?shù)姆椒▉硌a償微米線拐角處的曝光不足；

步驟6，從磁控系統(tǒng)腔室取出樣品，在樣品表面旋涂S1805光刻膠，用激光直寫光刻機進行光刻，根據(jù)空間位置分布的不同設(shè)置曝光劑量70-75，然后放入正膠顯影液顯影30s，放入去離子水中定影1min，在光刻膠上形成微米線圖案；

步驟7，用反應離子刻蝕的方式對做完激光直寫的樣品進行刻蝕，刻蝕后用丙酮超聲1min除去殘膠，從而形成微米線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟2中，進行氬離子清洗的條件如下：

氣體種類：Ar；

氣體流量：3sccm；

工作氣壓：4.2×10^-2Pa；

離子束流：30mA；

清洗時間：2min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟3中，直流磁控濺射參數(shù)如下：

背景真空度：大于2×10^-5Pa；

氣體：Ar；

靶材：Mo_0.8Si_0.2；

濺射氣壓：1.5mTorr；

Ar流量：22sccm；

濺射電流：0.5A；

沉積速率：60nm/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟4中，原位射頻磁控濺射參數(shù)如下：

背景真空度：大于2×10^-5Pa；

氣體：Ar，N₂；

靶材：Nb；

濺射氣壓：20mTorr；

N2：Ar流量比：120sccm:30sccm；

濺射功率：400W；

沉積速率：20nm/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟5中，對曝光的掩膜圖形在拐角處進行補償，使得微米線條均勻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟6中，對曝光劑量在空間上的分布做出修正，使得激光直寫的曝光劑量在空間上分布均勻，修正后的曝光劑量陣列如下：

。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟6中，使用激光直寫光刻機的型號是Microwriter?ML3旗艦型，激光直寫條件如下：

光刻膠種類：S1805；

勻膠前轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)速600r/min，時間6s；

勻膠后轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)速4000r/min，時間40s；

烘干：溫度115℃，時間2min；

成像：曝光劑量70-75，/制備時間1min，顯影時間30s，定影時間60S。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積MoSi超導微米線單光子探測器的激光直寫制備方法，其特征在于，步驟7中，使用的刻蝕機型號是Samco?RIE-10，刻蝕的具體參數(shù)如下：

刻蝕材料：MoSi；

反應氣體：CF₄；

流量：30sccm；

壓強：2.0Pa；

功率：50W；

時間：75s。