单个光子是光的最小基本单位,实现单个光子的探测是探测技术领域最重要突破之一。目前,单光子探测技术已经在荧光光谱学、核侦查和量子通信等领域得到广泛运用。其中,超导纳米线单光子探测器因具有高效率、低噪声、低时间抖动而逐渐成为主流的单光子探测技术。氮化铌是一种有代表性的超导材料,因具有较高的转变温度、良好的稳定性,被广泛运用于超导纳米线单光子检测器件中。对于单光子探测器件来说,超导薄膜质量是决定器件性能的关键因素之一,因此,生长高质量的超导氮化铌薄膜是制作高效超导纳米线器件的关键。本文首先分别以磁控溅射和聚合物辅助沉积法两种方法生长超薄超导氮化铌薄膜,研究了不同工艺、不同条件下生长薄膜的质量与性能;随后利用电子束直写与反应离子束刻蚀的方法制备了超导纳米线单光子器件;最后,我们基于聚合物辅助沉积法发展了一种电子束直写纳米线图案技术,为今后新型超导纳米线的制作及其潜在的单光子应用提供了基础。具体内容包含以下四个部分:1.磁控溅射法制备超薄超导氮化铌薄膜。利用磁控溅射法在氧化镁基底上进行薄膜沉积,并逐一研究不同溅射条件对薄膜性能的影响。在得到最优的溅射参数后,最终在氧化镁基底上生长出厚度为5 nm、超导转变温度约为12.5 K的超导外延氮化铌薄膜,并在此基础上实现了不同基底的超薄超导氮化铌薄膜生长。2.聚合物辅助沉积法制备超薄超导氮化铌薄膜。聚合物辅助沉积法是一种将原子层沉积和化学气相沉积相结合的薄膜沉积方法。该方法主要是利用水溶聚合物与金属离子配位,从而形成稳定的前驱体溶液;随后,旋涂在基底上并在氨气的氛围下高温退火,此时聚合物在高温下发生裂解,而金属离子在基底表面进行重排,进而实现在分子层面上精准控制超薄薄膜的生长,并基于此实现了厚度约为7± 2 nm、超导转变温度约为10.8 K的超薄超导氮化铌薄膜生长。3.基于氮化铌薄膜的超导纳米单光子器件的构建。在前期超薄薄膜生长的基础上,随后利用电子束刻蚀、反应离子束刻蚀得到超导迂回纳米线器件。同时,搭建了由低温系统、电路系统、光路系统组成的测试系统,最后经由测试系统得到所制作器件的探测效率约为75%(@1550 nm),此外并详细分析了器件的性能。4.电子束图案化直写超导纳米线及半导体微纳器件的研究。基于聚合物辅助沉积法,我们发展了一种能够负载金属离子、并可通过电子束扫描实现固化的前驱体溶液,通过电子束的作用,实现了不同尺寸、不同结构的纳米线及半导体微纳图案化结构的制备。综上所述,本文的研究工作为今后实现超导纳米线单光子检测器件的制备提供了实验支持,同时,也为实现不同材料的微纳器件的制备提供了初步的理论指导。结合电子束图案化直写,为实现后摩尔时代的电路器件提供了一种可行性的方案。