【摘 要】
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单光子探测器作为一种极微弱光信号的检测手段,对现今的前沿科学,特别是量子信息技术的研究具有非常深远的意义。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）凭借着其探测效率高,探测频谱宽,暗计数低和探测速度快等特点,成为当前单光子探测技术研究的一个热点,在量子密钥分发,荧光探测,远距离成像等众多领域有广泛的应用。目前,在1550 nm波段,基于非晶WSi薄膜制备的SNSPD仍保持着最高的探测效率（93%@120
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单光子探测器作为一种极微弱光信号的检测手段,对现今的前沿科学,特别是量子信息技术的研究具有非常深远的意义。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）凭借着其探测效率高,探测频谱宽,暗计数低和探测速度快等特点,成为当前单光子探测技术研究的一个热点,在量子密钥分发,荧光探测,远距离成像等众多领域有广泛的应用。目前,在1550 nm波段,基于非晶WSi薄膜制备的SNSPD仍保持着最高的探测效率（93%@120 mk）。相较于NbN等其他单晶或多晶的超导薄膜材料,WSi薄膜具有较低的载流子密度,较小的超导能隙,更大的相干波长,这使得即使增大纳米线宽也可以获得较好的测量结果,另外其对衬底的选择性较低,这些都有利于制备高性能SNSPD器件。本文首先对WSi薄膜的制备进行了优化。通过对磁控溅射系统中钨靶和硅靶溅射功率比的调整,获得了优化后WSi薄膜的制备条件。并且,我们对其化学成分,薄膜厚度,超导转变温度和超导临界电流密度等性能进行了更精确的表征。通过研究磁场下电阻和温度关系,结合XRD等表征手段,证实WSi薄膜具有一定的择优取向。通过电子束曝光、反应离子刻蚀、光刻和等离子增强化学气相沉积等工艺步骤成功制备了 WSi SNSPD。最后我们利用2.3 K GM制冷机和1.5 K脉冲管制制冷机,对器件电流-电压（I-V）特性、响应脉冲、探测效率和暗计数等性能进行了表征。测量结果表明,优化后的140 nm厚的WSi薄膜,在Si含量为15%时超导转变温度（Tc）最高,约为5.1 K。以此条件制备的7 nm的WSi薄膜的Tc约为4.3 K,且薄膜表面平整度较好,性能稳定。基于这种薄膜,我们成功制备了WSi SNSPD器件,并研究了 WSi薄膜中Si的含量、纳米线宽度、纳米线间距、有无Si保护层和工作温度等因素对器件性能的影响。目前在2.3 K时,WSi SNSPD的最大系统探测效率约为50%,暗计数为64个/秒。后续将会对器件的制备工艺流程,测量系统等进行进一步的优化。
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