[發(fā)明專(zhuān)利]大面積MoSi超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的激光直寫(xiě)制備方法

有效

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

本發(fā)明公開(kāi)了一種大面積MoSi超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的激光直寫(xiě)制備方法，將Si基片分別用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗；將清洗后的基片送入磁控濺射系統(tǒng)副室進(jìn)行氬離子清洗；將離子銑后的基片送入主室，通過(guò)直流磁控濺射生長(zhǎng)MoSi薄膜；在真空室中原位射頻磁控濺射生長(zhǎng)Nbsubgt;5/subgt;Nsubgt;6/subgt;薄膜；繪制掩模版圖形，并采用圖形補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔ黾游⒚拙€(xiàn)拐角處的曝光面積；在樣品表面旋涂S1805光刻膠，用激光直寫(xiě)光刻機(jī)進(jìn)行光刻，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(xiàn)圖案；用反應(yīng)離子刻蝕的方式對(duì)做完激光直寫(xiě)的樣品進(jìn)行刻蝕，刻蝕后用丙酮超聲1min除去殘膠，從而形成微米線(xiàn)。本發(fā)明提高了大面積超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的制備效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外單光子光探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種大面積MoSi超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的激光直寫(xiě)制備方法。

背景技術(shù)

單光子探測(cè)技術(shù)是量子信息和量子通信研究中的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)單量子態(tài)進(jìn)行操控、處理和研究的技術(shù)前提。超導(dǎo)單光子探測(cè)器對(duì)于空間通信、激光雷達(dá)、量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用是一種理想的探測(cè)器。對(duì)于單光子探測(cè)器在空間上的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，器件的探測(cè)面積尤為關(guān)鍵。普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為隨著探測(cè)光敏區(qū)面積的增加器件的靈敏度是降低的，但最近提出的微米線(xiàn)的單光子響應(yīng)的理論模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與先前的理解相矛盾，根據(jù)Vodolazov提出的理論，微米線(xiàn)的本征探測(cè)效率與微米線(xiàn)的寬度無(wú)關(guān)。前人研究已經(jīng)驗(yàn)證了MoSi薄膜上線(xiàn)寬0.5μm-5μm的微橋飽和的探測(cè)效率。這為制備大面積微米線(xiàn)器件提供了理論基礎(chǔ)。超導(dǎo)納米線(xiàn)單光子探測(cè)器(SNSPD)常用電子束曝光來(lái)制備，電子束曝光可以制備出高精度的納米線(xiàn)，但缺點(diǎn)是曝光時(shí)間長(zhǎng)。用電子束曝光來(lái)制備探測(cè)區(qū)域?yàn)楹撩琢考?jí)的微米線(xiàn)器件的時(shí)間成本會(huì)大大增加，據(jù)估算大面積超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器(SMSPD)光敏區(qū)的曝光時(shí)間是傳統(tǒng)SNSPD(面積約15μm×15μm)的30倍以上。曝光時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響電子束能量的穩(wěn)定，從而影響到微米線(xiàn)的制備質(zhì)量，并且制備成本也會(huì)響應(yīng)增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種大面積MoSi超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的激光直寫(xiě)制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種大面積MoSi超導(dǎo)微米線(xiàn)單光子探測(cè)器的激光直寫(xiě)制備方法，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(xué)顯微鏡下觀察其表面潔凈度，無(wú)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(jìn)行氬離子清洗，清除基片表面分子級(jí)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(guò)直流磁控濺射生長(zhǎng)MoSi薄膜；

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

步驟5，繪制大面積掩模版圖形，并采用圖形補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)補(bǔ)償微米線(xiàn)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(xiě)光刻機(jī)進(jìn)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(xiàn)圖案；

步驟7，用反應(yīng)離子刻蝕的方式對(duì)做完激光直寫(xiě)的樣品進(jìn)行刻蝕，刻蝕后用丙酮超聲1min除去殘膠，從而形成微米線(xiàn)。

進(jìn)一步的，步驟2中，進(jìn)行氬離子清洗的條件如表1所示；

表1離子清洗條件