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超导纳米线单光子探测器

张蜡宝 康琳 陈健 赵清源 郏涛 许伟伟 曹春海 金飚兵 吴培亨

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超导纳米线单光子探测器

张蜡宝, 康琳, 陈健, 赵清源, 郏涛, 许伟伟, 曹春海, 金飚兵, 吴培亨

Fabrication of superconducting nanowiresingle-photon detector

Zhang La-Bao, Kang Lin, Chen Jian, Zhao Qing-Yuan, Jia Tao, Xu Wei-Wei, Cao Chun-Hai, Jin Biao-Bing, Wu Pei-Heng
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  • 利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm).
    In this paper,the fabrication details and optimization of micro-fabrication process are presented for developing superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPD). Besides,the device failure analysis is also introduced. With those methods,we successfully fabricated high-quality SNSPDs whose maximum system efficiencies were up to 30% for 660 nm wavelength and 4.2% for 1550 nm wavelength according to the single-photon detection experiment. At the dark count rate of 10 c/s,the detection efficiencies were 20% (660 nm) and 3% (1550 nm) with the SNSPD fabricated with above mentioned methods.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00200,2007CB310404)和国家自然科学基金(批准号:10874074)资助的课题.
    [1]

    Goltsman G N, Okunev O, Chulkova G, Lipatov A, Semenov A, Smirnov K, Voronov B, Dzardanov A, Williams C, Sobolewski R 2001 Appl. Phys. Lett. 79 705

    [2]

    Wei Z J, Li K Z, Zhou P, Wang J D, Liao C J, Guo J P, Liang R S, Liu S H 2008 Chin. Phys. B 17 4142

    [3]

    Liu Y, Wu Q L, Han Z F, Dai Y M, Guo G C 2006 Chin. Phys. Lett. 23 252

    [4]

    Chang J T, Wu L A 2003 Acta Phys. Sin. 52 1132 (in Chinese) [常君弢、吴令安 2003 物理学报 52 1132]

    [5]

    Wang J D, Wu Z H, Zhang B, Wei Z J, Liao C J, Ju S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5620 (in Chinese) [王金东、吴祖恒、张 兵 2008 物理学报 57 5620]

    [6]

    Takesue H, Nam S W, Zhang Q, Hadfield R H, Honjo T, Tamaki K, Yamamoto Y 2007 Nat. Photonics 1 343

    [7]

    Rosenberg D, Peterson C G, Harrington J W, Rice P R, Dallmann N, Tyagi K T, McCabe K P, Nam S, Baek B, Hadfield R H, Hughes R J, Nordholt J E 2009 New J. Phys. 11 045009

    [8]

    Stucki D, Walenta N, Vannel F, Thew R T, Gisin N, Zbinden H, Gray S, Towery C R, Ten S 2009 New J. Phys. 11 075003

    [9]

    Hadfield R H, Habif J L, Schlafer J, Schwall R E, Nam S W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 031109

    [10]

    Zhang X Z, Gong W G, Tan Y G, Ren Z Z, Guo X T 2009 Chin. Phys. B 18 2143

    [11]

    Quan D X, Pei C X, Liu D, Zhao N 2010 Acta Phys Sin. 59 2493 (in Chinese) [权东晓、裴昌幸、刘 丹 2010 物理学报 59 2493]

    [12]

    Hadfield R H, Stevens M J, Mirin R P, Nam S W 2007 J. Appl. Phys. 101 7

    [13]

    Hadfield R H, Stevens M J, Mirin R P, Nam S W 2007 Journal of Applied Physics 101 103104

    [14]

    Zhang J, Boiadjieva N, Chulkova G, Deslandes H, Goltsman G N, Korneev A, Kouminov P, Leibowitz A, Lo W, Malinsky R, Okunev O, Pearlman A, Slysz W, Smirnov K, Tsao C, Verevkin A, Voronov B, Wilsher K, Sobolewski R 2003 Electron. Lett. 39 1086

    [15]

    Robinson B S, Kerman A J, Dauler E A, Barron R O, Caplan D O, Stevens M L, Carney J J, Hamilton S A, Yang J K W, Berggren K K 2006 Opt. Lett. 31 444

    [16]

    Fujiyoshi S, Fujiwara M, Matsushita M 2008 Phys. Rev. Lett. 100 4

    [17]

    Kadin A M, Leung M, Smith A D 1990 Phys. Rev. Lett. 65 3193

    [18]

    Gupta D, Kadin A M 1999 IEEE Trans. Appl. Supercond. 9 4487

    [19]

    Semenov A D, Gol'tsman G N, Korneev A A 2001 Physica C 351 349

    [20]

    Verevkin A, Zhang J, Sobolewski R, Lipatov A, Okunev O, Chulkova G, Korneev A, Smirnov K, Goltsman G N, Semenov A 2002 Appl. Phys. Lett. 80 4687

    [21]

    Annunziata A J, Santavicca D F, Chudow J D, Frunzio L, Rooks M J, Frydman A, Prober D E 2009 IEEE Trans. Appl. Supercond. 19 327

    [22]

    Miki S, Takeda M, Fujiwara M, Sasaki M, Otomo A, Wang Z 2009 Appl. Phys. Express 2

    [23]

    Dorenbos S N, Reiger E M, Perinetti U, Zwiller V, Zijlstra T, Klapwijk T M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 131101

    [24]

    Shibata H, Asahi M, Maruyama T, Akazaki T, Takesue H, Honjo T, Tokura Y 2009 IEEE Trans. Appl. Supercond. 19 358

    [25]

    Portesi C, Borini S, Taralli E, Rajteri M, Monticone E 2008 Supercond. Sci. Technol. 21 034006

    [26]

    Seleznez V A, Tarkhov M A, Voronov B M, Milostnaya, II, Lyakhno V Y, Garbuz A S, Mikhailov M Y, Zhigallina O M, Goltsman G N 2008 Supercond. Sci. Technol. 21 6

    [27]

    Zhang L, Zhao Q, Zhong Y, Chen J, Cao C, Xu W, Kang L, Wu P, Shi W 2009 Applied Physics B: Lasers and Optics 97 187

    [28]

    Miki S, Fujiwara M, Sasaki M, Baek B, Miller A J, Hadfield R H, Nam S W, Wang Z 2008 Applied Physics Letters 92 061116

    [29]

    Thew R T, Stucki D, Gautier J D, Zbinden H, Rochas A 2007 Appl. Phys. Lett. 91

    [30]

    Divochiy A, Marsili F, Bitauld D, Gaggero A, Leoni R, Mattioli F, Korneev A, Seleznev V, Kaurova N, Minaeva O, Goltsman G, Lagoudakis K G, Benkhaoul M, Levy F, Fiore A 2008 Nat. Photonics 2 377

  • [1]

    Goltsman G N, Okunev O, Chulkova G, Lipatov A, Semenov A, Smirnov K, Voronov B, Dzardanov A, Williams C, Sobolewski R 2001 Appl. Phys. Lett. 79 705

    [2]

    Wei Z J, Li K Z, Zhou P, Wang J D, Liao C J, Guo J P, Liang R S, Liu S H 2008 Chin. Phys. B 17 4142

    [3]

    Liu Y, Wu Q L, Han Z F, Dai Y M, Guo G C 2006 Chin. Phys. Lett. 23 252

    [4]

    Chang J T, Wu L A 2003 Acta Phys. Sin. 52 1132 (in Chinese) [常君弢、吴令安 2003 物理学报 52 1132]

    [5]

    Wang J D, Wu Z H, Zhang B, Wei Z J, Liao C J, Ju S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5620 (in Chinese) [王金东、吴祖恒、张 兵 2008 物理学报 57 5620]

    [6]

    Takesue H, Nam S W, Zhang Q, Hadfield R H, Honjo T, Tamaki K, Yamamoto Y 2007 Nat. Photonics 1 343

    [7]

    Rosenberg D, Peterson C G, Harrington J W, Rice P R, Dallmann N, Tyagi K T, McCabe K P, Nam S, Baek B, Hadfield R H, Hughes R J, Nordholt J E 2009 New J. Phys. 11 045009

    [8]

    Stucki D, Walenta N, Vannel F, Thew R T, Gisin N, Zbinden H, Gray S, Towery C R, Ten S 2009 New J. Phys. 11 075003

    [9]

    Hadfield R H, Habif J L, Schlafer J, Schwall R E, Nam S W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 031109

    [10]

    Zhang X Z, Gong W G, Tan Y G, Ren Z Z, Guo X T 2009 Chin. Phys. B 18 2143

    [11]

    Quan D X, Pei C X, Liu D, Zhao N 2010 Acta Phys Sin. 59 2493 (in Chinese) [权东晓、裴昌幸、刘 丹 2010 物理学报 59 2493]

    [12]

    Hadfield R H, Stevens M J, Mirin R P, Nam S W 2007 J. Appl. Phys. 101 7

    [13]

    Hadfield R H, Stevens M J, Mirin R P, Nam S W 2007 Journal of Applied Physics 101 103104

    [14]

    Zhang J, Boiadjieva N, Chulkova G, Deslandes H, Goltsman G N, Korneev A, Kouminov P, Leibowitz A, Lo W, Malinsky R, Okunev O, Pearlman A, Slysz W, Smirnov K, Tsao C, Verevkin A, Voronov B, Wilsher K, Sobolewski R 2003 Electron. Lett. 39 1086

    [15]

    Robinson B S, Kerman A J, Dauler E A, Barron R O, Caplan D O, Stevens M L, Carney J J, Hamilton S A, Yang J K W, Berggren K K 2006 Opt. Lett. 31 444

    [16]

    Fujiyoshi S, Fujiwara M, Matsushita M 2008 Phys. Rev. Lett. 100 4

    [17]

    Kadin A M, Leung M, Smith A D 1990 Phys. Rev. Lett. 65 3193

    [18]

    Gupta D, Kadin A M 1999 IEEE Trans. Appl. Supercond. 9 4487

    [19]

    Semenov A D, Gol'tsman G N, Korneev A A 2001 Physica C 351 349

    [20]

    Verevkin A, Zhang J, Sobolewski R, Lipatov A, Okunev O, Chulkova G, Korneev A, Smirnov K, Goltsman G N, Semenov A 2002 Appl. Phys. Lett. 80 4687

    [21]

    Annunziata A J, Santavicca D F, Chudow J D, Frunzio L, Rooks M J, Frydman A, Prober D E 2009 IEEE Trans. Appl. Supercond. 19 327

    [22]

    Miki S, Takeda M, Fujiwara M, Sasaki M, Otomo A, Wang Z 2009 Appl. Phys. Express 2

    [23]

    Dorenbos S N, Reiger E M, Perinetti U, Zwiller V, Zijlstra T, Klapwijk T M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 131101

    [24]

    Shibata H, Asahi M, Maruyama T, Akazaki T, Takesue H, Honjo T, Tokura Y 2009 IEEE Trans. Appl. Supercond. 19 358

    [25]

    Portesi C, Borini S, Taralli E, Rajteri M, Monticone E 2008 Supercond. Sci. Technol. 21 034006

    [26]

    Seleznez V A, Tarkhov M A, Voronov B M, Milostnaya, II, Lyakhno V Y, Garbuz A S, Mikhailov M Y, Zhigallina O M, Goltsman G N 2008 Supercond. Sci. Technol. 21 6

    [27]

    Zhang L, Zhao Q, Zhong Y, Chen J, Cao C, Xu W, Kang L, Wu P, Shi W 2009 Applied Physics B: Lasers and Optics 97 187

    [28]

    Miki S, Fujiwara M, Sasaki M, Baek B, Miller A J, Hadfield R H, Nam S W, Wang Z 2008 Applied Physics Letters 92 061116

    [29]

    Thew R T, Stucki D, Gautier J D, Zbinden H, Rochas A 2007 Appl. Phys. Lett. 91

    [30]

    Divochiy A, Marsili F, Bitauld D, Gaggero A, Leoni R, Mattioli F, Korneev A, Seleznev V, Kaurova N, Minaeva O, Goltsman G, Lagoudakis K G, Benkhaoul M, Levy F, Fiore A 2008 Nat. Photonics 2 377

  • [1] 危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性安全量子通信. 物理学报, 2022, 71(5): 050302. doi: 10.7498/aps.71.20210907
    [2] 赵宁, 江英华, 周贤韬. 基于单光子的高效量子安全直接通信方案. 物理学报, 2022, 71(15): 150304. doi: 10.7498/aps.71.20220202
    [3] 危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性的安全量子通讯. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210907
    [4] 蒋伟, 江浩雨, 易晗, 樊瑞睿, 崔增琪, 孙康, 张国辉, 唐靖宇, 孙志嘉, 宁常军, 高可庆, 安琪, 白怀勇, 鲍杰, 鲍煜, 曹平, 陈昊磊, 陈琪萍, 陈永浩, 陈裕凯, 陈朕, 封常青, 顾旻皓, 韩长材, 韩子杰, 贺国珠, 何泳成, 洪杨, 黄翰雄, 黄蔚玲, 黄锡汝, 季筱璐, 吉旭阳, 姜智杰, 敬罕涛, 康玲, 康明涛, 李波, 李超, 李嘉雯, 李论, 李强, 李晓, 李样, 刘荣, 刘树彬, 刘星言, 栾广源, 穆奇丽, 齐斌斌, 任杰, 任智洲, 阮锡超, 宋朝晖, 宋英鹏, 孙虹, 孙晓阳, 谭志新, 唐洪庆, 唐新懿, 田斌斌, 王丽娇, 王鹏程, 王琦, 王涛峰, 王朝辉, 文杰, 温中伟, 吴青彪, 吴晓光, 吴煊, 解立坤, 羊奕伟, 于莉, 余滔, 于永积, 张林浩, 张奇玮, 张显鹏, 张玉亮, 张志永, 赵豫斌, 周路平, 周祖英, 朱丹阳, 朱科军, 朱鹏, CSNS Back-n合作组 . 基于反角白光中子源次级质子的探测器标定. 物理学报, 2021, 70(8): 082901. doi: 10.7498/aps.70.20201823
    [5] 康健彬, 李倩, 李沫. 氮化物子带跃迁探测器材料结构对器件效率的影响. 物理学报, 2019, 68(22): 228501. doi: 10.7498/aps.68.20190722
    [6] 黄科, 李松, 马跃, 田昕, 周辉, 张智宇. 单光子激光测距的漂移误差理论模型及补偿方法. 物理学报, 2018, 67(6): 064205. doi: 10.7498/aps.67.20172228
    [7] 赵博硕, 强晓永, 秦岳, 胡明. 氧化钨纳米线气敏传感器的制备及其室温NO2敏感特性. 物理学报, 2018, 67(5): 058101. doi: 10.7498/aps.67.20172236
    [8] 白鹏, 张月蘅, 沈文忠. 半导体上转换单光子探测技术研究进展. 物理学报, 2018, 67(22): 221401. doi: 10.7498/aps.67.20180618
    [9] 尚向军, 马奔, 陈泽升, 喻颖, 查国伟, 倪海桥, 牛智川. 半导体自组织量子点量子发光机理与器件. 物理学报, 2018, 67(22): 227801. doi: 10.7498/aps.67.20180594
    [10] 曹正文, 赵光, 张爽浩, 冯晓毅, 彭进业. 基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案. 物理学报, 2016, 65(23): 230301. doi: 10.7498/aps.65.230301
    [11] 张森, 陶旭, 冯志军, 吴淦华, 薛莉, 闫夏超, 张蜡宝, 贾小氢, 王治中, 孙俊, 董光焰, 康琳, 吴培亨. 超导单光子探测器暗计数对激光测距距离的影响. 物理学报, 2016, 65(18): 188501. doi: 10.7498/aps.65.188501
    [12] 史生才, 李婧, 张文, 缪巍. 超高灵敏度太赫兹超导探测器. 物理学报, 2015, 64(22): 228501. doi: 10.7498/aps.64.228501
    [13] 胡海帆, 王颖, 陈杰, 赵士斌. 全三维电离粒子有源像素探测器优化仿真. 物理学报, 2014, 63(10): 100702. doi: 10.7498/aps.63.100702
    [14] 周渝, 张蜡宝, 郏涛, 赵清源, 顾敏, 邱健, 康琳, 陈健, 吴培亨. 超导纳米线多光子响应特性研究. 物理学报, 2012, 61(20): 208501. doi: 10.7498/aps.61.208501
    [15] 王光强, 王建国, 童长江, 李小泽, 王雪锋. 高功率太赫兹脉冲半导体探测器的分析与设计. 物理学报, 2011, 60(3): 030702. doi: 10.7498/aps.60.030702
    [16] 柯熙政, 卢宁, 杨秦岭. 单光子轨道角动量的传输特性研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6159-6163. doi: 10.7498/aps.59.6159
    [17] 权东晓, 裴昌幸, 刘丹, 赵楠. 基于单光子的单向量子安全通信协议. 物理学报, 2010, 59(4): 2493-2497. doi: 10.7498/aps.59.2493
    [18] 侯立飞, 李芳, 袁永腾, 杨国洪, 刘慎业. 化学气相沉积金刚石探测器测量软X射线能谱. 物理学报, 2010, 59(2): 1137-1142. doi: 10.7498/aps.59.1137
    [19] 赵菲菲, 刘永安, 胡慧君, 赵宝升. 采用Si薄膜的光子计数成像系统性能的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7096-7104. doi: 10.7498/aps.59.7096
    [20] 吕惠民, 陈光德, 颜国君, 耶红刚. 低温条件下单晶氮化铝纳米线生长机理的研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2808-2812. doi: 10.7498/aps.56.2808
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-15
  • 修回日期:  2010-06-06
  • 刊出日期:  2011-03-15

超导纳米线单光子探测器

  • 1. 南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所,南京 210093
    基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00200,2007CB310404)和国家自然科学基金(批准号:10874074)资助的课题.

摘要: 利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm).

English Abstract

参考文献 (30)

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