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發布時間：2025-07-25 11:50:00 人氣：
基于高溫超導材料構建單光子探測器
前言
單光子探測器（Single-Photon Detectors, SPD）是量子通信、量子計算、生物成像、激光雷達等領域的核心技術。當前最先進的SNSPD通常使用低溫超導材料（如NbN），但這類材料需要在極低溫（約2–4K）下工作，依賴昂貴的液氦冷卻系統。
因此，目前的重點研究方向是：尋找能在更高溫度工作的單光子探測材料——特別是高溫超導體（High-Tsuperconductors），從而降低系統冷卻成本，提升實用性。
現有研究成果
三層垂直異質結示意圖
此前，MIT和新加坡國立大學科研團隊合作成功制備出基于 BSCCO材料構建的高溫超導單光子探測器，如上圖所示自下而上分別為：SiO? / Si 基底；超平金電極（未圖示細節），BSCCO 薄片（綠色層），hBN 覆蓋層（透明藍色塊），紅色激光表示。
BSCCO SNW 的電流-電壓（I-V）特性曲線
圖示表明該異質結在電流方向切換時，表現出非線性開關行為，這是單光子探測器工作所需的亞穩態特性，對產生瞬時電壓脈沖至關重要。
轉移測試
近日，我司聯合南京某研究所就基于高溫超導材料構建單光子探測器的研究方向成功轉移出類似的基于BSCCO 薄片的三層垂直型異質結，轉移效果完美符合預期，設備的綜合性能得到了研究人員的高度認可。
最終轉移成果
此次我司實驗室現場轉移出的三層垂直型異質結，上層的氮化硼作為非常良好絕緣層，可以用作封裝保護，中間層的BSCCO可以吸收光子形成局部熱響應，下層的金電極可以接讀出電路，記錄熱響應后具體的電阻變化、電壓躍遷、臨界電流降低等。
該異質結結構整體具有靈敏度高；基于熱學機制，波長寬帶響應（包括中紅外、遠紅外）；不需要復雜納米圖案（如SNSPD中蛇形線結構）等優點，是單光子熱響應探測的一個前沿研究方向。
具體轉移步驟
準備好襯底材料
具體結構為硅襯底上附著8個超平坦扇形金電極，略微高于硅襯底，方便后面的異質結轉移貼合。
BSCCO轉移貼合到襯底上金電極
↑轉移過程（BSCCO轉移貼合到襯底上金電極）
↑BSCCO完整覆蓋了8個金電極，形成兩層異質結
氮化硼轉移貼合到BSCCO
氮化硼屬于透明、惰性、絕緣材料，此處主要起封裝保護作用。
注：
此處的轉移難點：轉移的氮化硼需要薄層，約為5–15 nm，這個厚度下的氮化硼近乎透明，非常考驗整個轉移系統的綜合性能及人機交互的設計優越性。
↑氮化硼透明薄層（20X物鏡）
↑對準后，準備貼合
↑貼合線即將經過整個三層異質結
↑熱釋放后，抬起
轉移過程視頻（經過加速處理）：
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