Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода пакетирования интегральных сверхпроводниково-нанофотонных структур и измерение их основных характеристик

Докладчик: Лобанов Юрий Валерьевич

Должность: научный сотрудник

Цель проекта:
1. Создание сверхпроводниково-нанофотонных структур на основе нитрида ниобия и нитрида кремния 1.1.На первом этапе реализации задачи будет подготовлена высококачественная ультратонкая сверхпроводниковая пленка из нитрида NbN толщиной (3,5-4нм), характеризующиеся высокой критической температурой (Tc=9-10K), высокими значениями плотности критического тока(10^6-10^7A/ см^2), а также высоким структурным качеством. Напыление пленок будет проведено методом магнетронного распыления из мишени ниобия Nb в атмосфере азота с оптимизированными параметрами парциального давления, рассеиваемой мощности и температуры подложки, полученными ранее. А измерение сверхпроводящих характеристик пленки на созданном ранее экспериментальном стенде. 1.2. Изготовление сверхпроводниково-нанофотонных структур. В рамках этого этапа из полученной структуры Si-SiO2-Si3N4-NbN будут изготовлены интегральные устройства. Процесс изготовления будет включать в себя несколько этапов фото и электронной литографии. На первом этапе, методами взрывной фотолитографии будут созданы золотые знаки совмещения для последующего выравнивания рабочего элемента детектора и волноводоа, а также контактные площадки для электрических выводов с детектора. Следующий шаг - электронно-лучевая литография, с использованием 3% негативного резиста высокого разрешения (HSQ). Реактивное ионное травление (RIE) в газе CF4 будет использовано для травления и формирования полосок. Последний шаг электронно-лучевой литографии с использованием резиста высокого разрешения ZEP520A и реактивное ионное травление в CHF3 будет использовано для формирования оптических волноводных структур. 1.3. Измерение сверхпроводящих свойств нанополоски из нитрида ниобия. 2. Разработка метода пакетирования 2.1. На первом этапе реализации этой задачи планируется создание держателя для чипов со сверхпроводниково-нанофотонными устройствами. Держатель должен быть прост по конструкции, устойчив к термоциклированию и нагрузкам. Держатель должен позволять фиксировать механически массив оптических волокон относительно 2.1.Вторая задача, которую необходимо решить для успешной реализации проекта, заключается в реализации пакетирования образцов в жесткую конструкцию, которая была бы компактна, устойчива к термоциклированию, к нагрузкам и не требовала бы настройки при низких температурах. Будет создана методика, позволяющая производить выравнивание образцов относительно массива оптических волокон их фиксацию при комнатной температуре. 2.2. На последнем этапе реализации задачи будут исследованы пакетированные сверхпроводниково- нанофотонные устройства. Будут измерены характеристики всей системы целиком: системная квантовая эффективность, квантовая эффективность устройства на чипе, устойчивость к термоциклированию.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Лабораторный образец сверхпроводниково-нанофотонного устройства.
2. Метод пакетирования сверхпроводниково-нанофотонного устройства.
3. Методика измерений основных характеристик сверхпроводниково-нанофотонных устройств.
4. Лабораторный образец пакетированного сверхпроводниково-нанофотонного устройства.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные сверхпроводниково-нанофотонные устройства и приемные однофотонные системы на их основе могут быть использованы для целого ряда применений:
- создание изображений в биомедицинских системах;
- спектроскопии коррелированных фотонов, излучаемых при люминесценции одиночных молекул;
- в динамической оптической рефлектометрии и томографии;
- в неразрушающем контроле больших интегральных схем, основанный на регистрации сверхслабого теплового излучения, возникающего при переключении транзисторов;
- в регистрации сверхслабого излучения в сочетании с высоким временным разрешением используется для исследования характеристик однофотонных источников (например, квантовых точек, параметрическое рассеяние);
- в метрологии для измерения сверхмалых мощностей излучения путём счёта единичных фотонов; - в квантово-криптографических системах связи;
- в системах масштабируемой квантовой логики.

Основными потребителями результатов проекта могут быть научные группы университетов по всему миру, а также исследовательские лаборатории коммерческих компаний, заинтересованные в использовании как интегральных устройств на чипе, так готовых (пакетированных блоков). Разработка метода пакетирования интегральных устройств позволит выйти технологии производства структур из лабораторных проектов и перейти к стадии применения в реальных проектах, связанных с распространением квантового ключа, оптической рефлектометрии, оптической характеристике наноструктур и других проектах, где необходимым условием является компактный дизайн, высокое быстродействие и широкий спектральный диапазон.

Текущие результаты проекта:
- Разработана методика получения высококачественной ультратонкой сверхпроводниковой пленки из нитрида NbN толщиной 3,5-4нм, характеризующиеся высокой критической температурой, высокими значениями плотности критического тока. Напыление пленок будет проведено методом магнетронного распыления из мишени ниобия Nb в атмосфере азота с оптимизированными параметрами парциального давления, рассеиваемой мощности и температуры подложки, полученными ранее. А измерение сверхпроводящих характеристик пленки на созданном ранее экспериментальном стенде.
- Изготовлены интегральные устройства на основе многослойной структуры Si-SiO2-Si3N4-NbN, объединяющие на одном чипе однофотонный детектор и оптический волновод. Процесс изготовления включает в себя несколько этапов фото и электронной литографии. На первом этапе, методами взрывной фотолитографии созданы золотые знаки совмещения для последующего выравнивания рабочего элемента детектора и волновода, а также контактные площадки для электрических выводов с детектора. Следующий шаг - электронно-лучевая литография, с использованием 3% негативного резиста высокого разрешения (HSQ). Реактивное ионное травление (RIE) в газе CF4 будет использовано для травления и формирования полосок. Последний шаг электронно-лучевой литографии с использованием резиста высокого разрешения ZEP520A и реактивное ионное травление в CHF3 будет использовано для формирования оптических волноводных структур.