RU2796914C1 - Superconductor single photon detector - Google Patents
Superconductor single photon detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796914C1 RU2796914C1 RU2022115827A RU2022115827A RU2796914C1 RU 2796914 C1 RU2796914 C1 RU 2796914C1 RU 2022115827 A RU2022115827 A RU 2022115827A RU 2022115827 A RU2022115827 A RU 2022115827A RU 2796914 C1 RU2796914 C1 RU 2796914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanowire
- central section
- superconducting
- width
- zones
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области устройств для регистрации видимого и инфракрасного диапазонов излучения в режиме счета отдельных фотонов и может быть использовано в телекоммуникационных технологиях, системах оптической связи, системах квантовой криптографии, медицине, астрономии.The invention relates to the field of devices for recording the visible and infrared ranges of radiation in the mode of counting individual photons and can be used in telecommunication technologies, optical communication systems, quantum cryptography systems, medicine, astronomy.
Как правило, нанопровод сверхпроводникового однофотонного детектора формируется в виде меандра, конструкция которого подразумевает повороты на 180° в конце каждого прямого участка. Изгибы и повороты нанопровода являются областями с повышенной плотностью тока, и для того, чтобы вывести нанопровод из сверхпроводящего состояния на повороте, требуется плотность тока смещения меньшая, чем плотность тока, требуемая для вывода из сверхпроводящего состояния на прямом участке. Данное явление называется эффектом скопления тока. Таким образом, плотность тока, выводящая нанопровод из сверхпроводящего состояния на повороте, в таком нанопроводе будет являться плотностью критического тока. Наличие областей с повышенной плотностью тока уменьшает максимальную величину тока смещения, который может подаваться через нанопровод в сверхпроводящем состоянии, и для прямого участка, на котором происходит детектирование фотона, может быть невозможно добиться плотности тока смещения, достаточной для достижения высокого значения внутренней эффективности. Кроме того, при увеличении плотности тока на повороте увеличивается число темновых отсчётов детектора. Это явление связано с тем, что увеличение плотности тока смещения ведёт к уменьшению энергетического барьера на вход вихрей в нанопровод, что может привести к срабатыванию детектора в отсутствие фотона. Таким образом, для достижения высокой квантовой эффективности необходима подача высокого тока смещения через нанопровод, однако из-за эффекта скопления тока на поворотах при увеличении тока смещения увеличивается число темновых отсчетов детектора.As a rule, the nanowire of a superconducting single-photon detector is formed in the form of a meander, the design of which involves 180° turns at the end of each straight section. The bends and turns of the nanowire are regions with increased current density, and in order to desuperconduct the nanowire at the turn, the bias current density is required to be less than the current density required to desuperconduct in the straight section. This phenomenon is called the effect of current accumulation. Thus, the current density that takes the nanowire out of the superconducting state at a turn in such a nanowire will be the critical current density. The presence of areas with increased current density reduces the maximum amount of bias current that can be supplied through the nanowire in the superconducting state, and it may not be possible to achieve a bias current density sufficient to achieve a high value of internal efficiency for a straight section where a photon is detected. In addition, with an increase in the current density at a turn, the number of dark counts of the detector increases. This phenomenon is due to the fact that an increase in the bias current density leads to a decrease in the energy barrier to the entry of vortices into the nanowire, which can lead to the detector triggering in the absence of a photon. Thus, to achieve a high quantum efficiency, it is necessary to supply a high bias current through the nanowire; however, due to the effect of current accumulation at turns, the number of dark counts of the detector increases with increasing bias current.
Известен сверхпроводниковый однофотонный детектор с изогнутой фрактальной структурой нанопровода. Фрактальная структура нанопровода обеспечивает увеличение поляризационной нечувствительности детектора, причем повороты нанопровода с увеличенным радиусом ослабляют эффект скопления тока в изгибах. Недостатками предлагаемой топологии являются накладываемое геометрической формой нанопровода ограничение радиуса и площади поперечного сечения поворота, не позволяющее добиться существенного ослабления эффекта скопления тока, и ограничивающий эффективность поглощения детектора низкий коэффициент заполнения f, определяемый по формуле f = w / (w + p), где w – ширина полосы, p – расстояние между соседними полосами [Патент CN112345092A, МПК G01J11/00, опубл. 09.02.2021].Known superconducting single-photon detector with a curved fractal structure of the nanowire. The fractal structure of the nanowire provides an increase in the polarization insensitivity of the detector, and the turns of the nanowire with an increased radius weaken the effect of current accumulation in the bends. The disadvantages of the proposed topology are the restriction of the radius and cross-sectional area of the turn imposed by the geometric shape of the nanowire, which does not make it possible to achieve a significant weakening of the effect of current accumulation, and the low fill factor f , which limits the absorption efficiency of the detector, is determined by the formula f = w / (w + p) , where w - band width, p - distance between adjacent bands [Patent CN112345092A, IPC G01J11/00, publ. 02/09/2021].
Известно об использовании топологии нанопровода сверхпроводникового однофотонного детектора в виде однозаходной и двухзаходной спиралей. Предлагаемые топологии обеспечивают плотное заполнение нанопроводом области детектора, к которой подводится оптоволокно, а также большие радиусы кривизны поворотов и отсутствие острых углов, что ослабляет эффект скопления тока. К недостаткам предлагаемых конструкций относится наличие в центре топологии области с пониженной способностью к детектированию (контактная площадка для однозаходной и соединение витков для двухзаходной спирали), которая снижает внутреннюю эффективность при позиционировании оптоволокна в центр активной области детектора. Недостатком однозаходной спирали является также сложность изготовления, обусловленная наличием контактной площадки в центре, для контакта к которой необходимы дополнительные изолирующий и контактный слои [Charaev I. et al. Current dependence of the hot-spot response spectrum of superconducting single-photon detectors with different layouts //Superconductor Science and Technology. – 2016. – Т. 30. – №. 2. – С. 025016].It is known about the use of the nanowire topology of a superconducting single-photon detector in the form of a single-threaded and double-threaded spirals. The proposed topologies provide a dense filling of the detector area with a nanowire, to which the optical fiber is fed, as well as large radii of curvature of turns and the absence of sharp corners, which weakens the effect of current accumulation. The disadvantages of the proposed designs include the presence in the center of the topology of a region with a reduced ability to detect (a contact pad for a single-threaded and a connection of turns for a two-threaded helix), which reduces the internal efficiency when positioning the fiber in the center of the active region of the detector. The disadvantage of a single-start spiral is also the complexity of manufacturing, due to the presence of a contact pad in the center, for contact to which additional insulating and contact layers are required [Charaev I. et al. Current dependence of the hot-spot response spectrum of superconducting single-photon detectors with different layouts //Superconductor Science and Technology. - 2016. - T. 30. - No. 2. - S. 025016].
Известен сверхпроводниковый однофотонный детектор, нанопровод которого выполнен с переменной толщиной, где для уменьшения плотности тока на поворотах меандра была увеличена их толщина. Предлагаемая конструкция, идентичная стандартному меандру, обеспечивает плотное заполнение нанопроводом области детектора, к которой подводится оптоволокно, а также уменьшение плотности тока на поворотах за счет увеличения их площади поперечного сечения путем утолщения, что ослабляет эффект скопления тока. Недостаток этого устройства заключается в сложности изготовления, обусловленной необходимостью осуществлять травление ультратонкой пленки, что может привести к низкой воспроизводимости технологии [Baghdadi R. et al. Enhancing the performance of superconducting nanowire-based detectors with high-filling factor by using variable thickness //Superconductor Science and Technology. – 2021. – Т. 34. – №. 3. – С. 035010]. A superconducting single-photon detector is known, the nanowire of which is made with a variable thickness, where their thickness was increased to reduce the current density at the meander turns. The proposed design, identical to the standard meander, ensures dense filling of the detector area with the nanowire, to which the optical fiber is fed, as well as a decrease in the current density at the turns due to an increase in their cross-sectional area by thickening, which weakens the effect of current accumulation. The disadvantage of this device is the complexity of manufacturing, due to the need to carry out etching of ultra-thin film, which can lead to low reproducibility technology [Baghdadi R. et al. Enhancing the performance of superconducting nanowire-based detectors with high-filling factor by using variable thickness //Superconductor Science and Technology. - 2021. - T. 34. - No. 3. - S. 035010].
Известен сверхпроводниковый однофотонный детектор, включающий подложку, первую контактную площадку, вторую контактную площадку и соединенный с ними нанопровод из сверхпроводящего материала, расположенные на подложке, при этом нанопровод из сверхпроводящего материала выполнен в виде параллельных друг другу участков с зонами поворота [Патент США №7049593, H01L 39/00 (20060101), опубл. 10.03.2005]. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.A superconducting single-photon detector is known, comprising a substrate, a first contact pad, a second contact pad and a nanowire of superconducting material connected to them, located on the substrate, while the nanowire of superconducting material is made in the form of sections parallel to each other with rotation zones [US Patent No. 7049593, H01L 39/00 (20060101), publ. 10.03.2005]. This device was chosen as a prototype of the proposed solution.
Недостаток этого устройства заключается в наличии областей с повышенной плотностью тока на поворотах нанопровода, что уменьшает максимальную величину тока смещения, который может подаваться через нанопровод в сверхпроводящем состоянии, из-за чего для прямого участка, на котором происходит детектирование фотона, может быть невозможно добиться плотности тока смещения достаточной для достижения высокого значения внутренней эффективности, а также является причиной темновых отсчётов.The disadvantage of this device is the presence of areas with increased current density at the turns of the nanowire, which reduces the maximum amount of bias current that can be supplied through the nanowire in the superconducting state, due to which it may not be possible to achieve density for the straight section where the photon is detected. bias current is sufficient to achieve a high value of internal efficiency, and is also the cause of dark readings.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении темновых отсчетов, связанных с повышенной плотностью тока на поворотах чувствительного элемента, увеличение диапазона токов и квантовой эффективности без усложнения технической реализации устройства.The technical result of the invention is to reduce dark readings associated with increased current density at the turns of the sensitive element, increase the range of currents and quantum efficiency without complicating the technical implementation of the device.
Сущность изобретения и достижение указанного технического результата заключается в том, что в сверхпроводниковом однофотонном детекторе, включающем подложку, первую контактную площадку, вторую контактную площадку и соединенный с ними нанопровод из сверхпроводящего материала, расположенные на подложке, при этом нанопровод из сверхпроводящего материала выполнен в виде параллельных друг другу участков с зонами поворота, центральный участок нанопровода из сверхпроводящего материала имеет наибольшую длину, остальные участки по обе стороны от центрального участка имеют длину, уменьшающуюся по мере отдаления от центрального участка, при этом первые зоны поворота на концах центрального участка имеют ширину А, превышающую ширину В центрального участка, а радиус поворота R центрального участка превышает половину расстояния Р между соседними участками, при этом вторые зоны поворота на концах остальных участков расположены под углом α к центральному участку, причем вторые зоны поворота на концах остальных участков имеют ширину А, превышающую ширину В остальных участков, а радиусы поворота R каждых остальных участков превышают половину расстояния Р между остальными участками. The essence of the invention and the achievement of the specified technical result lies in the fact that in a superconducting single-photon detector, including a substrate, a first contact pad, a second contact pad and a nanowire of a superconducting material connected to them, located on the substrate, while the nanowire of the superconducting material is made in the form of parallel each other sections with rotation zones, the central section of the nanowire of the superconducting material has the greatest length, the remaining sections on both sides of the central section have a length decreasing with distance from the central section, while the first rotation zones at the ends of the central section have a width A exceeding the width B of the central section, and the turning radius R of the central section exceeds half the distance P between adjacent sections, while the second turning zones at the ends of the remaining sections are located at an angle α to the central section, and the second turning zones at the ends of the remaining sections have a width A exceeding the width In the remaining sections, and the turning radii R of each other sections exceed half the distance P between the remaining sections.
Существует вариант, в котором центры первых зон поворота и центры вторых зон поворота имеют ширину C, превышающую ширину A. There is a variant in which the centers of the first pivot zones and the centers of the second pivot zones have a width C greater than the width A.
Существует также вариант, в котором внешние углы каждой первой зоны поворота и каждой второй зоны поворота выполнены со скруглением. There is also a variant in which the outer corners of each first pivot zone and each second pivot zone are rounded.
Существует также вариант, в котором внутренний контур каждой первой зоны поворота и каждой второй зоны поворота выполнен в виде выпуклой кривой, где расстояние P1 между началом и концом кривой превышает расстояние Р между соседними участками.There is also a variant in which the inner contour of each first turning zone and each second turning zone is made in the form of a convex curve, where the distance P1 between the beginning and end of the curve exceeds the distance P between adjacent sections.
Существует также вариант, в котором между подложкой и нанопроводом из сверхпроводящего материала расположен распределенный брэгговский отражатель. There is also a variant in which a distributed Bragg reflector is located between the substrate and the nanowire of the superconducting material.
Существует также вариант, в котором над нанопроводом из сверхпроводящего материала расположен распределенный брэгговский отражатель.There is also a variant in which a distributed Bragg reflector is located above the nanowire of the superconducting material.
Существует также вариант, в котором между подложкой и нанопроводом из сверхпроводящего материала расположен четвертьволновый резонатор. There is also a variant in which a quarter-wave resonator is located between the substrate and the nanowire of the superconducting material.
Существует также вариант, в котором в зоне нанопровода из сверхпроводящего материала удален слой подложки. There is also a variant in which the substrate layer is removed from the superconducting material in the zone of the nanowire.
На фиг. 1 изображен сверхпроводниковый однофотонный детектор (аксонометрическая проекция).In FIG. 1 shows a superconducting single-photon detector (axonometric projection).
На фиг. 2 изображен сверхпроводниковый однофотонный детектор (вид сверху).In FIG. 2 shows a superconducting single-photon detector (top view).
На фиг. 3 изображен фрагмент первых зон поворота и вторых зон поворота сверхпроводникового однофотонного детектора. In FIG. 3 shows a fragment of the first rotation zones and the second rotation zones of a superconducting single-photon detector.
На фиг. 4 изображен фрагмент первых зон поворота и вторых зон поворота сверхпроводникового однофотонного детектора со скругленными углами каждого поворота. In FIG. 4 shows a fragment of the first rotation zones and the second rotation zones of a superconducting single photon detector with rounded corners of each rotation.
На фиг. 5 изображен фрагмент первых зон поворота и вторых зон поворота сверхпроводникового однофотонного детектора с внутренним контуром каждого поворота в виде выпуклой кривой. In FIG. 5 shows a fragment of the first rotation zones and the second rotation zones of a superconducting single-photon detector with the inner contour of each rotation in the form of a convex curve.
На фиг. 6 изображено сечение сверхпроводникового однофотонного детектора с внутренним брэгговским отражателем. In FIG. 6 shows a cross section of a superconducting single-photon detector with an internal Bragg reflector.
На фиг. 7 изображено сечение сверхпроводникового однофотонного детектора с внешним брэгговским отражателем. In FIG. 7 shows a cross section of a superconducting single-photon detector with an external Bragg reflector.
На фиг. 8 изображено сечение сверхпроводникового однофотонного детектора с четвертьволновым резонатором. In FIG. 8 shows a section of a superconducting single-photon detector with a quarter-wave resonator.
На фиг. 9 изображено сечение сверхпроводникового однофотонного детектора с удаленным слоем подложки в зоне нанопровода из сверхпроводящего материала. In FIG. 9 shows a section of a superconducting single-photon detector with the substrate layer removed in the zone of a nanowire made of a superconducting material.
Сверхпроводниковый однофотонный детектор включает подложку 1 (фиг. 1, фиг. 2), первую контактную площадку 2, вторую контактную площадку 3 и соединенный с ними нанопровод из сверхпроводящего материала 4, расположенные на подложке 1. В качестве материала подложки 1 можно использовать кремний, сапфир, диоксид кремния, нитрид кремния, оксид магния. В качестве сверхпроводящего материала можно использовать NbN, NbTiN, WSi, MoSi, TaN, NbSi, MoGe. Нанопровод из сверхпроводящего материала 4 выполнен в виде параллельных друг другу участков с зонами поворота. Центральный участок 5 нанопровода из сверхпроводящего материала 4 имеет наибольшую длину, остальные участки 6 по обе стороны от центрального участка 5 имеют длину, уменьшающуюся по мере отдаления от центрального участка 5. Длина центрального участка 5 может быть в диапазоне от 5 до 100 мкм. Первые зоны поворота 7 (фиг. 3) на концах центрального участка 5 имеют ширину А, превышающую ширину В центрального участка 5. Ширина А может быть в диапазоне от 25 нм до 6 мкм. Ширина В может быть в диапазоне от 20 нм до 3 мкм. Радиус поворота R центрального участка 5 превышает половину расстояния Р между соседними участками. R может быть в диапазоне от 15 нм до 6 мкм. Р может быть в диапазоне от 20 нм до 3 мкм. Вторые зоны поворота 8 на концах остальных участков 6 расположены под углом α к центральному участку 5. Угол α может быть в диапазоне от 10 до 90°. Вторые зоны поворота 8 на концах остальных участков 6 имеют ширину А, превышающую ширину В остальных участков 6. Радиусы поворота R каждых остальных участков 6 превышают половину расстояния Р между остальными участками 6. A superconducting single-photon detector includes a substrate 1 (Fig. 1, Fig. 2), a
Существует вариант, в котором центры первых зон поворота 7 и центры вторых зон поворота 8 имеют ширину C, превышающую ширину A. Ширина С может быть в диапазоне от 30 нм до 3 мкм.There is a variant in which the centers of the
Существует также вариант, в котором внешние углы каждой первой зоны поворота 7 и каждой второй зоны поворота 8 выполнены со скруглением 9 (фиг. 4), радиус которого может быть в диапазоне от 10 нм до 1,5 мкм. There is also a variant in which the outer corners of each
Существует также вариант, в котором внутренний контур каждой первой зоны поворота 7 и каждой второй зоны поворота 8 выполнен в виде выпуклой кривой, где расстояние P1 между началом и концом кривой превышает расстояние Р между соседними участками (фиг. 5). Расстояние P1 может быть в диапазоне от 15 нм до 6 мкм.There is also a variant in which the inner contour of each
Численные значения указанных выше диапазонов выбраны из следующих соображений. Минимальные размеры назначены исходя из ограничений, накладываемых возможностями электронной литографии. Максимальные размеры назначены исходя из того, что предлагаемое техническое решение может быть применено для создания сверхпроводникового однофотонного детектора с проводом из сверхпроводящего материала шириной от сотен нанометров до нескольких микрометров (микропроводом), который позволяет увеличить быстродействие детектора и понизить требования к точности его изготовления. The numerical values of the above ranges are selected from the following considerations. The minimum dimensions are assigned based on the limitations imposed by the possibilities of electronic lithography. The maximum dimensions are assigned based on the fact that the proposed technical solution can be used to create a superconducting single-photon detector with a wire of superconducting material with a width of hundreds of nanometers to several micrometers (microwire), which allows you to increase the speed of the detector and reduce the requirements for the accuracy of its manufacture.
Существует также вариант, в котором между подложкой 1 (фиг. 6) и нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 расположен распределенный брэгговский отражатель 10, выполненный в виде структуры из чередующихся слоев двух материалов с высоким и низким показателем преломления, например, оксид тантала(V) и диоксид кремния [Zhang W. J. et al. NbN superconducting nanowire single photon detector with efficiency over 90% at 1550 nm wavelength operational at compact cryocooler temperature //Science China Physics, Mechanics & Astronomy. – 2017. – Т. 60. – №. 12. – С. 1-10] или аморфный кремний и диоксид кремния [Reddy D. V. et al. Superconducting nanowire single-photon detectors with 98% system detection efficiency at 1550 nm //Optica. – 2020. – Т. 7. – №. 12. – С. 1649-1653.].There is also a variant in which between the substrate 1 (Fig. 6) and the nanowire of the
Существует также вариант, в котором над нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 (фиг. 7) расположен распределенный брэгговский отражатель 11, выполненный в виде структуры из чередующихся слоев двух материалов с высоким и низким показателем преломления.There is also a variant in which a distributed
Существует также вариант, в котором между подложкой 1 (фиг. 8) и нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 расположен четвертьволновый резонатор 12, выполненный в виде структуры из слоя диэлектрика и слоя отражающего материала, например, оксид кремния и золото, диоксид кремния и золото, нитрид кремния и золото [Manova N. N. et al. Superconducting NbN single-photon detector integrated with quarter-wave resonator //Technical Physics Letters. – 2011. – Т. 37. – №. 5. – С. 469-471].There is also a variant in which a quarter-
Существует также вариант, в котором под четвертьволновым резонатором 12 (фиг. 9) в зоне нанопровода из сверхпроводящего материала 4 удален слой подложки 1 [Chang J. et al. Detecting Infrared Single Photons with Near-Unity System Detection Efficiency //arXiv preprint arXiv:2011.08941. – 2020.].There is also a variant in which under the quarter-wave resonator 12 (Fig. 9) in the area of the nanowire of the
Устройство функционирует следующим образом. Когда нанопровод из сверхпроводящего материала 4 сверхпроводникового однофотонного детектора, находящийся на подложке 1, находится в сверхпроводящем состоянии, через него с помощью первой контактной площадки 2 и второй контактной площадки 3 пропускают электрический ток смещения I величиной, меньшей значения критического тока IC, при котором нанопровод из сверхпроводящего материала 4 выходит из сверхпроводящего состояния. При попадании фотона на нанопровод из сверхпроводящего материала 4 образуется горячее пятно, то есть область с подавленной сверхпроводимостью, в результате чего плотность тока по краям от горячего пятна увеличивается и в сечении нанопровода из сверхпроводящего материала 4 образуется резистивная перемычка. Возникший в результате этого импульс напряжения фиксируется с помощью первой контактной площадки 2 и второй контактной площадки 3 и свидетельствует о детектировании фотона. Затем происходит релаксация горячего пятна и возвращение нанопровода из сверхпроводящего материала 4 в сверхпроводящее состояние. Чем ближе ток смещения I к критическому IC, тем меньшей энергии фотона будет достаточно для образования резистивной перемычки, то есть тем выше квантовая эффективность, однако, чем ближе ток смещения I к критическому IC, тем выше скорость темнового счета, что связано с уменьшением энергетического барьера на вход вихрей в нанопровод из сверхпроводящего материала 4, который может привести к срабатыванию детектора в отсутствие фотона. The device functions as follows. When the nanowire of the
То, что центральный участок 5 нанопровода из сверхпроводящего материала 4 имеет наибольшую длину, остальные участки 6 по обе стороны от центрального участка 5 имеют длину, уменьшающуюся по мере отдаления от центрального участка 5, при этом первые зоны поворота 7 на концах центрального участка 5 имеют ширину А, превышающую ширину В центрального участка 5, а радиус поворота R центрального участка 5 превышает половину расстояния Р между соседними участками, при этом вторые зоны поворота 8 на концах остальных участков 6 расположены под углом α к центральному участку 5, причем вторые зоны поворота 8 на концах остальных участков 6 имеют ширину А, превышающую ширину В остальных участков 6, а радиусы поворота R каждых остальных участков 6 превышают половину расстояния Р между остальными участками 6, приводит к тому, что максимальная плотность тока в первых зонах поворота 7 на концах центрального участка и вторых зонах поворота 8 на концах остальных участков оказывается близка к плотности тока на прямолинейном участке, таким образом, ток смещения практически не ограничивается эффектом скопления тока, что обеспечивает возможность подачи тока смещения достаточного для достижения высокой квантовой эффективности при стремлении к нулю числа темновых отсчетов, обусловленных уменьшением энергетического барьера на вход вихрей в нанопровод из сверхпроводящего материала 4 в первых зонах поворота 7 на концах центрального участка и вторых зонах поворота 8 на концах остальных участков, а также возможность создания нанопровода из сверхпроводящего материала 4 с высоким коэффициентом заполнения, величина которого ограничена лишь возможностями литографии. The fact that the central section 5 of the nanowire of the superconducting material 4 has the greatest length, the remaining sections 6 on both sides of the central section 5 have a length decreasing with distance from the central section 5, while the first turning zones 7 at the ends of the central section 5 have a width A, exceeding the width B of the central section 5, and the turning radius R of the central section 5 exceeds half the distance P between adjacent sections, while the second turning zones 8 at the ends of the remaining sections 6 are located at an angle α to the central section 5, and the second turning zones 8 on the ends of the remaining sections 6 have a width A exceeding the width B of the remaining sections 6, and the turning radii R of each other sections 6 exceed half the distance P between the remaining sections 6, leads to the fact that the maximum current density in the first turning zones 7 at the ends of the central section and in the second turning zones 8 at the ends of the remaining sections turns out to be close to the current density in the rectilinear section, thus, the bias current is practically not limited by the effect of current accumulation, which makes it possible to supply a bias current sufficient to achieve high quantum efficiency when the number of dark counts tends to zero due to reduction of the energy barrier to the entry of vortices into the nanowire of the superconducting material 4 in the first zones of rotation 7 at the ends of the central section and the second zones of rotation 8 at the ends of the remaining sections, as well as the possibility of creating a nanowire from a superconducting material 4 with a high filling factor, the value of which is limited only by the possibilities lithography.
То, центры первых зон поворота 7 и центры вторых зон поворота 8 имеют ширину C, превышающую ширину A, позволяет дополнительно увеличить площадь сечения нанопровода из сверхпроводящего материала 4 в первых зонах поворота 7 на концах центрального участка и вторых зонах поворота 8 на концах остальных участков, тем самым ослабляя эффект скопления тока.That is, the centers of the
То, что внешние каждой первой зоны поворота 7 и каждой второй зоны поворота 8 выполнены со скруглением 9, позволяет снизить плотность тока на внешних углах в первых зонах поворота 7 на концах центрального участка и вторых зонах поворота 8 на концах остальных участков, тем самым увеличивая энергетический барьер на вход вихрей в нанопровод в этих областях.The fact that the outer of each
То, что внутренний контур каждой первой зоны поворота 7 и каждой второй зоны поворота 8 выполнен в виде выпуклой кривой, где расстояние P1 между началом и концом кривой превышает расстояние Р между соседними участками, позволяет снизить плотность тока на внутренних контурах первых зон поворота 7 на концах центрального участка и вторых зон поворота 8 на концах остальных участков, тем самым увеличивая энергетический барьер на вход вихрей в нанопровод в этих областях.The fact that the inner contour of each
То, что между подложкой 1 и нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 расположен распределенный брэгговский отражатель 10, позволяет обеспечить максимум поглощения в нанопроводе из сверхпроводящего материала 4 за счет конструктивной интерференции на его поверхности на соответствующей длине волны. The fact that a distributed
То, что над нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 расположен распределенный брэгговский отражатель 11, позволяет обеспечить максимум поглощения в нанопроводе из сверхпроводящего материала 4 за счет отражения в его сторону тех фотонов, которые были отражены нижними слоями распределенного брэгговского отражателя 10, но не были поглощены нанопроводом из сверхпроводящего материала 4.The fact that a distributed
То, что между подложкой 1 и нанопроводом из сверхпроводящего материала 4 расположен четвертьволновый резонатор 12, позволяет обеспечить максимум поглощения в нанопроводе из сверхпроводящего материала 4 за счет конструктивной интерференции на его поверхности на соответствующей длине волны.The fact that a quarter-
То, что под четвертьволновым резонатором 12 в зоне нанопровода из сверхпроводящего материала 4 удален слой подложки 1, позволяет обеспечить максимум поглощения в нанопроводе из сверхпроводящего материала 4 за счет конструктивной интерференции на его поверхности на соответствующей длине волны.The fact that under the quarter-
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796914C1 true RU2796914C1 (en) | 2023-05-29 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102620820A (en) * | 2012-03-28 | 2012-08-01 | 南京大学 | Superconducting single-photon detector with composite structure and method for preparing superconducting single-photon detector |
| RU2609729C1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-02-02 | Закрытое акционерное общество "Сверхпроводниковые нанотехнологии" | Superconducting single-photon detector having controlled memory effect |
| RU2015146821A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский педагогический государственный университет | SUPERFAST AND ULTRA-SENSITIVE HYBRID SUPERCONDUCTOR NANOSWAVE SINGLE-PHOTON DETECTOR WITH A LOW SPEED OF THE DARK ACCOUNT |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102620820A (en) * | 2012-03-28 | 2012-08-01 | 南京大学 | Superconducting single-photon detector with composite structure and method for preparing superconducting single-photon detector |
| RU2015146821A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский педагогический государственный университет | SUPERFAST AND ULTRA-SENSITIVE HYBRID SUPERCONDUCTOR NANOSWAVE SINGLE-PHOTON DETECTOR WITH A LOW SPEED OF THE DARK ACCOUNT |
| RU2609729C1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-02-02 | Закрытое акционерное общество "Сверхпроводниковые нанотехнологии" | Superconducting single-photon detector having controlled memory effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220214214A1 (en) | Photon Number Resolving Superconducting Detector | |
| US12061114B2 (en) | Superconducting photon detector | |
| US20090020701A1 (en) | High time-resolution ultrasensitive optical detector, using grating coupling | |
| WO2013093905A1 (en) | Fiber optical superconducting nanowire single photon detector | |
| CN109659386B (en) | Multispectral superconducting nanowire single photon detector | |
| JP2008071908A (en) | Superconductive photodetector | |
| CN107564990B (en) | A kind of superconducting nano-wire single-photon detector that biobelt is wide | |
| RU2796914C1 (en) | Superconductor single photon detector | |
| Reddy et al. | Broadband polarization insensitivity and high detection efficiency in high-fill-factor superconducting microwire single-photon detectors | |
| CN117894858B (en) | Nano chiral structure, circularly polarized light electric detector and preparation method thereof | |
| US6271537B1 (en) | Slotted quantum well sensor | |
| CN107507884B (en) | Wide-spectrum superconducting nanowire single photon detection device | |
| EP3261130B1 (en) | Photodetector device with integrated high-contrast grating polarizer | |
| CN112050935B (en) | Superconducting nanowire single photon detector and preparation method thereof | |
| CN116002606B (en) | Infrared thermal radiation detector and manufacturing method thereof | |
| WO2003067677A2 (en) | Organic semiconductor photodetector | |
| CN113193105B (en) | Superconducting nanowire single photon detector based on topological optimization | |
| JP6206837B2 (en) | Superconducting single photon detector and structure determination method for its light receiving wiring | |
| CN116481653A (en) | MEMS thermopile infrared detector and preparation method thereof | |
| CN111947778A (en) | Superconducting nanowire and superconducting nanowire single photon detector | |
| CN113447142A (en) | Reinforced CMOS infrared detector | |
| JP3558479B2 (en) | Guided light detector and method of manufacturing the same | |
| CN112781725A (en) | Multispectral superconducting nanowire single photon detector, imaging system and imaging method | |
| EP4279885A1 (en) | A light sensor and a method for manufacturing a light sensor | |
| GB2588330A (en) | Photon detector |