采用硅覆盖层提升超导纳米线单光子探测器性能

氮化铌钛(NbTiN)基超导纳米线单光子探测器(SNSPDs)因其在X射线至中红外的宽光谱范围内具有卓越性能而闻名。然而,对于厚度小于5纳米的薄膜,表面氧化和均匀性不足导致的制备难题与性能劣化,仍是实现高质量探测器的重大障碍。该研究工作系统探究了硅覆盖层对薄膜特性及SNSPD性能的影响。硅覆盖层能有效抑制氧化并提高超导转变温度,使得3纳米厚的薄膜在3K温度下仍保持超导性,同时提升了图案化纳米线的临界电流,并将饱和平台从可见光显著扩展至近红外波段(最高达2050纳米):即便对于250纳米宽、20x20μm²探测面积的纳米线,这些探测器仍能保持低于50皮秒的时间抖动。研究结果表明,受覆盖层保护的更薄薄膜允许制备更宽的纳米线,这既降低了纳米加工难度,又拓展了高效单光子探测的工作温度范围。

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提交arXiv: 2026-02-17 19:05

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