用于集成单光子探测的高温生长铌酸锂基超薄氮化铌钛薄膜
绝缘体上铌酸锂(LNOI)是一种新兴的光子学平台,由于其强二阶非线性特性,在可扩展量子信息处理领域具有巨大潜力。然而,在LNOI上开发集成单光子探测器方面进展甚微。氮化铌钛(NbTiN)超导纳米线单光子探测器(SNSPDs)是该应用的有力候选方案。该研究工作采用直流反应磁控溅射技术,在基础压力低于2×10⁻¹⁰毫巴的超高真空沉积系统中生长高质量NbTiN薄膜。得益于该系统极低的背景杂质浓度,研究人员系统探究了基底温度对NbTiN生长的影响。当基底温度达到825K时,成功制备出临界温度(Tc)为12.3K、厚度仅4纳米的超导薄膜。
研究发现,NbTiN薄膜以(111)晶向生长,其微观结构随温度升高从低温下的多孔柱状结构演变为致密的纤维状晶粒。进一步研究表明,提高基底温度可有效降低薄膜中的氧含量并改善整体化学计量比。此外,该团队将这些薄膜与LNOI平台集成,并对界面质量进行了系统表征。最终,研究人员基于LNOI上的NbTiN薄膜制备出SNSPDs器件,并对探测器性能进行了全面测试。
