超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其在探测效率、暗计数、探测速度、时间抖动以及响应频谱等性能方面的优异表现,成为目前综合性能最佳的单光子探测器,在量子通信、高速深空通讯、激光测距、生物荧光检测等领域有诸多应用。不断增长的应用需求要求SNSPD进一步提高其性能,需要器件具有更高探测效率、更大探测面积、更大阵列规模和光子数分辨功能等。大阵列和大尺寸的SNSPD器件相比传统小尺寸器件而言,制备工艺难度急剧提高,器件性能一致性和成品率也随之下降,这都制约着SNSPD器件的进一步发展和应用。NbN材料是最早也是最成熟的用于制备超导纳米单光子探测器(SNSPD)的材料之一,当前制备高性能NbN超导薄膜主要有常温制备和衬底加热制备两种方式。具有超大长宽比的超导纳米线条是SNSPD器件制备的核心组成部分,其均匀性直接影响了器件的探测效率、暗计数、时间抖动等关键参数,也是影响器件一致性和成品率的重要因素。目前对纳米线均匀性的研究大多是研究纳米线形状和缺陷等对器件的影响,而关于薄膜本身均匀性及刻蚀工艺带来的不均匀性讨论的较少。本文采用磁控溅射技术,通过实验对4英寸和8英寸Nb靶分别比较了不同气体配比、溅射靶距、抽气速率以及衬底温度等因素对薄膜性能的影响。使用液氦杜瓦和综合物性测量系统(PPMS)对不同条件下生长出的薄膜的超导转变温度(Tc0)和临界电流密度(Jc)进行了表征从而确定了优化后的常温和加热NbN薄膜制备工艺条件。我们在MgO(100)、Si(100)和热氧化硅(SiOx/Si)衬底上通过常温与加热两种方式制备了高质量的超导NbN超薄薄膜,借助X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、俄歇电子能谱(AES)、原子力显微镜(AFM)等测量手段对所制备NbN薄膜的晶体结构、化学成分、表面粗糙度等特性进行了比较分析。在此基础上,从元素分布的角度研究NbN薄膜及纳米线条的均匀性。我们在室温和加热热氧化硅衬底上分别制备6 nm厚NbN薄膜,借助电子束光刻(EBL)与反应离子刻蚀(RIE)获得100 nnm至600 nm的纳米线条。通过俄歇电子谱(AES)元素成像,我们获得了薄膜及纳米线条上C,N,Nb,Si,O元素的分布情况,以MATLAB软件为数据处理工具,对薄膜及纳米线条均匀性进行分析。研究表明,在室温和加热热氧化硅衬底上分别制备的6nm厚NbN薄膜其Tc0可分别达到7.2 K和9.5 K,通过加热衬底能够大幅有效地提高NbN薄膜的超导转变温度。基于图像处理和统计分析,我们实验并提出了一种评估薄膜及纳米线均匀性的方法。对于薄膜样品,可针对不同元素表征其在平面内的分布均匀性;对于纳米线条,可在横向和纵向两个维度分别表征纳米线条的线宽均匀性和边缘均匀性。这种评估方法将为优化器件工艺,提高器件成品率和性能一致性提供一种直观的判据。在此基础上,我们还将进一步开展研究:进一步优化所制备的NbN薄膜的性能,使用加热衬底的NbN薄膜制备SNSPD器件;将WSi薄膜及其制备的纳米线纳入到均匀性实验比较中;通过提高AES元素成像的分辨率从而优化均匀性分析结果的精确度,获得更多薄膜上及纳米线条上各元素分布的信息。