一种超导动态电感探测器及其制备方法与流程

本发明属于光电探测器，具体涉及一种超导动态电感探测器及其制备方法。

背景技术：

1、高灵敏红外探测器广泛应用于遥感、军事和安全、医疗诊断、环境监测、工业和制造过程、天文学和太空探索等领域，多个领域都具有极其重要的意义。红外探测器能够探测和测量红外辐射，从而实现从物体探测、温度测量到数据收集和分析等各种关键功能。

2、传统的短波红外的inp探测器，短/中波碲镉汞（mct）探测器，短/中/长波sb化物超晶格探测器等均采用ⅲ-v材料或ⅱ-vi材料，成本较高，读出电路需要采用倒装焊接技术复杂且成本高昂，不能满足大规模集成的要求，制约了传感计算集成芯片的发展。

3、超导动态电感探测器kinetic inductor detector，kid是基于超导薄膜制备的平面电感及电容构成的微波谐振器，核心电路主要由光子信号接收器和微波谐振器两个部分组成，根据kid工作原理，当外部足够能量的信号入射到kid，超导薄膜表面的库珀对被拆散，将导致微波谐振器的动态电阻和动态电感的变化，从而引起了谐振器特性(q因子、幅度、相位等)变化。通过读出电路获取微波谐振器的幅度或相位(可通过s21参数表征)变化信息，即可完成入射信号的间接测量，低温超导动态电感探测器因为其极高的灵敏度在天文探测、核物理探测等方面都有广泛的应用。

4、公开号为cn116929546a的发明专利申请公开了一种大光敏面高计数率超导纳米线单光子探测器及实施方法，包括低动态电感超导纳米线和放电加速偏置读出电路。低动态电感超导纳米线采用中心对称分布和并联纳米线结构；放电加速偏置读出电路是一个三端电路，包括dc端、dc&rf端以及读出端。本发明公开的低动态电感超导纳米线设计方法，可以在显著扩大探测器光敏面的情况下，保持低的动态电感，从而保证探测器高的计数率，同时放电加速偏置读出电路能有效缓解探测器在高计数率条件下的闩锁情况，

5、公开号为cn114323272a的发明专利申请公开了用于光子探测的动态电感探测器，包括介质基板及印制在介质基板的上表面的共面波导传输线、集总元件谐振器、屏蔽接地线；所述共面波导传输线两侧的接地线中部开槽，屏蔽接地线为存在缺口的矩形结构，所述缺口与共面波导传输线的接地线中部开槽长度相等，所述屏蔽接地线的缺口处与共面波导传输线一侧的接地线连接，共同包围集总元件谐振器；该专利申请在使用铝材料时，可同时拥有高动态电感率和较低的品质因数。

6、上述两个专利申请公开的动态电感探测器尺寸较大，且容易受到噪音的影响。

技术实现思路

1、本发明提供了一种超导动态电感探测器，该超导动态电感探测器尺寸较小，且受到噪音影响较小。

2、本发明提供了一种超导动态电感探测器，包括：

3、衬底，所述衬底内设有多个深硅槽；

4、超导层，所述超导层包括电容、电感线圈和超导馈线，所述电容覆盖在深硅槽内壁和位于衬底上，所述超导馈线和电感线圈位于衬底上，通过电感线圈将各电容相互连接，通过超导馈线将电容产生的电信号导出。

5、本发明将电容布置在深硅槽内壁上，利用衬底的垂直空间降低了所述超导动态电感探测器的尺寸，并且由于电磁分布在更广阔的三维空间，降低了超导动态电感探测器的最强场强，从而减少了噪音。

6、优选地，所述深硅槽的深度为20-500μm，宽度为 2-50μm。本发明通过设置较小尺寸的深硅槽就能够使得所制备的超导动态电感探测器实现对短波红外的探测。

7、优选地，所述深硅槽的深度为50-200μm，宽度为5-20μm。

8、优选地，所述深硅槽的深度为50-100μm，宽度为5-10μm。本发明通过设置合适的深硅槽尺寸，使得所制备的超导动态电感探测器的最强场强比现有的叉指电容的超导动态电感探测器至少低一个数量级，屏蔽掉了相应的噪声源，增加了探测器的灵敏度。

9、优选地，所述超导动态电感探测器投影到平面的面积为20×20μm2-100×100μm2。

10、优选地，所述衬底为硅。

11、优选地，所述衬底为soi衬底，所述soi衬底为在顶层硅和背衬底之间设置一层埋氧化层，所述深硅槽贯穿顶层硅至埋氧化层。

12、优选地，所述超导层的材料为氮化钛（tin）、铝（al）、铌（nb）、钛（ti）、铪（hf）、氮化铌（nbn）、氮化钛铌（nbtin）、钽（ta）、钼（mo）、铼（re）、钨硅（wsix）、铂硅（ptsix）。

13、进一步优选地，所述超导层的材料为tin。

14、优选地，所述电容与电感线圈电连接，所述电容与超导馈线耦合连接。

15、优选地，所述超导动态电感探测器的最强场强为2.2×106v/m-2.37×106v/m。

16、另一方面，本发明还提供了一种根据所述的超导动态电感探测器的制备方法，包括：

17、（1）在双抛soi衬底a面利用光刻机曝光出深硅刻蚀区域；

18、（2）对深硅刻蚀区域进行刻蚀得到深硅槽；

19、（3）去除光刻胶，将超导薄膜沉积在双抛soi衬底a面和深硅槽内壁上；

20、（4）在超导薄膜表面再次利用光刻机曝光出电路图案，基于电路图案对超导薄膜进行刻蚀得到电容、电感线圈和超导馈线，去掉剩余光刻胶得到超导动态电感探测器。

21、优选地，对深硅刻蚀区域进行刻蚀得到深硅槽，所述刻蚀的工艺为深硅反应离子刻蚀。

22、优选地，基于电路图案对超导薄膜进行刻蚀得到电容、电感线圈和超导馈线，所述刻蚀的工艺为icp刻蚀。

23、优选地，运用原子层沉积（ald）将超导薄膜沉积在双抛soi衬底a面和深硅槽内壁上。

24、优选地，步骤（1）和步骤（4）使用的光刻机为asml pas5500/350 krf步进式光刻机。

25、优选地，通过甲苯，丙酮，异丙醇或乙醇去除光刻胶，或利用等离子体去胶机去除光刻胶。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、与现有技术中将电容平铺在衬底表面相比，本发明将电容覆盖在衬底内部垂直方向的深硅槽内壁上，使得本发明提供的超导动态电感探测器的尺寸大幅度降低，由于能够在三维空间内释放能量从而使得本发明提供的超导动态电感探测器的最强场强也下降明显，进而降低了噪声的影响。

技术特征：

1.一种超导动态电感探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述深硅槽的深度为20-500μm，宽度为 2-50μm。

3.根据权利要求2所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述深硅槽的深度为50-100μm，宽度为5-10μm。

4.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述超导动态电感探测器投影到平面的面积为20×20μm2-100×100μm2。

5.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述衬底为soi衬底，所述soi衬底包括顶层硅、背衬底和埋氧化层，所述埋氧化层位于顶层硅和背衬底之间，所述深硅槽贯穿顶层硅至埋氧化层。

6.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述超导层的材料为氮化钛、铝、铌、钛、铪、氮化铌、氮化钛铌、钽、钼、铼、钨硅或铂硅。

7.根据权利要求6所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述超导层的材料为氮化钛。

8.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述电容与电感线圈电连接，所述电容与超导馈线耦合连接。

9.根据权利要求1所述的超导动态电感探测器，其特征在于，所述超导动态电感探测器的最强场强为2.2×106v/m-2.37×106 v/m。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的超导动态电感探测器的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种超导动态电感探测器及其制备方法，该超导动态电感探测器包括衬底和超导层，该衬底内设有多个深硅槽；该超导层包括电容、电感线圈和超导馈线，该电容覆盖深硅槽内壁和位于衬底表面，该超导馈线和电感线圈位于衬底表面，通过电感线圈将各电容相互连接，通过超导馈线将电容产生的电信号导出。该超导动态电感探测器尺寸较小，且受到噪音影响较小。技术研发人员：张晓航,杨丽慧,张明珠,余诗玲,宋艳汝,朱洪力,洪悦,穆堂杰,邹黎明,王海涛,王轶文,段然,冯毅,李菂受保护的技术使用者：之江实验室技术研发日：技术公布日：2024/7/29