一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種制備魄娃（NbSi)薄膜的方法，具體設及一種利用磁控共瓣射法制 備魄娃薄膜的方法。
【背景技術】
[0002] 單光子探測技術既具有重要的科學意義也有廣泛的應用領域，包括量子秘鑰分 發(fā)、量子計算、巧光探測、微弱光成像等。超導單光子探測器（SNSPD)利用了超導薄膜中的 非平衡態(tài)的熱電子效應，具有速度快，探測范圍寬，暗記數低的特點，通過光學諧振腔或光 學波導結構，探測效率也可達到80% W上，是目前綜合性能最佳的單光子探測器，因此受到 了廣泛關注。在制作超導單光子探測器的過程中，高質量的超導薄膜十分關鍵。
[0003] 不同成分和不同結構的NbSi薄膜具有不同的超導性能。除了在一些特定條件下 擁有較高的超導轉變溫度，NbSi薄膜的超導轉變溫度都較低，但利用低能隙的NbSi薄膜對 光子的高靈敏性和其對光的高吸收特性，可用于制備靈敏性更高的SNSPD器件和目前亟待 研究的應用在2 ym W上長波長的SNSPD器件。
[0004] 目前制備NbSi化合物薄膜的方法有；原子層沉積法，電子束蒸發(fā)法，瓣射法，離子 注入法和沖擊合成法等，該些方法都存在膜厚難控制、成分厚度分布不均勻、薄膜成分不易 控制等缺點。

【發(fā)明內容】

[0005] 發(fā)明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用 磁控共瓣射技術制備低能隙超導NbSi薄膜。利用佩祀和Si祀的雙祀共瓣射，通過調節(jié)兩 個祀材的瓣射功率可W靈活的調整薄膜的組份，從而操控制備薄膜的超導性能。
[0006] 技術方案；為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種利用磁控共瓣射 技術制備魄娃薄膜的方法，包括W下步驟： (1) 祀材選取 選取純度均為99. 999%均勻滲雜的塊狀佩和Si作為磁控共瓣射的祀材，將祀材放入 磁控共瓣射室； (2) 襯底處理 對襯底依次用超聲波、丙酬、酒精和氣離子清洗，將處理后的襯底放入磁控共瓣射室； (3) 制備NbSi薄膜 磁控共瓣射室的真空度小于等于2 X 1(T5 Pa，工作氣體是氣氣，調節(jié)瓣射氣壓、瓣射功 率、沉積速率和祀材到襯底的距離，經過一定時間瓣射制備薄膜。
[0007] 所述的步驟（3)中，瓣射氣壓是0. 8Pa，瓣射瓣射功率是Nb祀直流55W，Si祀交流 120W，沉積速率是40nm/min，對襯底進行循環(huán)水冷處理，祀材到襯底的距離是40 mm。
[000引進一步地，所述襯底為高阻娃襯底或氧化儀襯底。
[0009] 有益效果：本發(fā)明可W靈活的調整NbSi薄膜中佩、Si的組份，從而操控制備薄膜 的超導性能。制備的NbSi薄膜具有良好的超導特性和較好的表面平整度，為制備高靈敏的 SNSPD器件奠定了基礎，還可W被應用于制備超導邊緣轉變結（TES)探測器，超導微波動態(tài) 電感探測器(MKID)等多種高靈敏探測器。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明中不同瓣射氣壓下佩；Si組分比隨功率比的變化曲線圖； 圖2是0. 8化瓣射氣壓MgO襯底上150皿厚NbSi薄膜的R-T變化曲線圖； 圖3是NbSi薄膜的方阻與厚度的關系曲線圖； 圖4是Si襯底上150皿厚NbSi薄膜的AFM圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解該些實施例僅用于說明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各 種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[001引實施例1 本實施例包括W下步驟： (1) 祀材選取 選取純度均為99. 999%均勻滲雜的塊狀Nb和Si作為磁控共瓣射的祀材，將祀材放入 磁控共瓣射室； (2) 襯底處理 選取MgO作為襯底，對襯底依次用超聲波、丙酬、酒精和氣離子清洗：襯底依次泡入丙 酬和酒精中使用功率100W超聲清洗10分鐘，放入磁控共瓣射清洗室，使用離子源加速電壓 500V，離子束流20mA，清洗時間2分鐘，然后將處理后的襯底放入磁控共瓣射室； (3) 制備NbSi薄膜 共瓣射制備NbSi薄膜，采用如表1所示的條件，瓣射時間是lOmin，制得NbSi薄膜厚度 是 150nm。
【主權項】
1. 一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 靶材選取 選取純度均為99. 999%均勻摻雜的塊狀Nb和Si作為磁控共濺射的靶材，將靶材放入 磁控共濺射室； (2) 襯底處理 對襯底依次用超聲波、丙酮、酒精和氬離子清洗，將處理后的襯底放入磁控共濺射室； (3) 制備鈮硅薄膜 磁控共濺射室的真空度小于等于2 X KT5 Pa，工作氣體是氬氣，調節(jié)濺射氣壓、濺射功 率、沉積速率和靶材到襯底的距離，經過一定時間濺射制備鈮硅薄膜。
2. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在 于：所述的步驟（2)中，超聲波功率為100W，清洗時間lOmin，丙酮和酒精的清洗時間均為 IOmin0
3. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于： 所述的步驟（2)中，離子源加速電壓是500V，離子束流是20mA，清洗時間是2min。
4. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于： 所述的步驟（3)中，濺射功率是Nb靶直流55W，Si靶交流120W。
5. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于： 所述的步驟（3)中，濺射氣壓是0. 8Pa，沉積速率是15nm/min，對襯底進行循環(huán)水冷處理，靶 材到襯底的距離是40 mm。
6. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于： 所述的步驟（3)中，派射時間為lOmin，銀娃薄膜的厚度為150nm。
7. 根據權利要求1所述的一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，其特征在于： 所述襯底為高阻硅襯底或氧化鎂襯底。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用磁控共濺射法制備鈮硅薄膜的方法，包括以下步驟：（1）靶材選取，選取純度均為99.999%均勻摻雜的塊狀Nb和Si作為磁控共濺射的靶材，將靶材放入磁控共濺射室；（2）襯底處理，對襯底依次用超聲波、丙酮、酒精和氬離子清洗，放入磁控共濺射室；（3）制備鈮硅薄膜，磁控共濺射室的真空度小于等于2×10-5 Pa，工作氣體是氬氣，調節(jié)濺射氣壓、濺射功率、沉積速率和靶材到襯底的距離，經過一定時間濺射制備薄膜。本發(fā)明制備出了符合預期，較為穩(wěn)定的NbSi超導薄膜，并優(yōu)化獲得了最佳制備條件，為制備高靈敏的超導單光子探測器（SNSPD）奠定了基礎。
【IPC分類】C23C14-35, C23C14-06
【公開號】CN104630709
【申請?zhí)枴緾N201510115066
【發(fā)明人】賈小氫, 楊小忠, 王翔, 康琳, 吳培亨
【申請人】南京大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月17日