Сверхбыстрый и сверхчувствительный гибридный сверхпроводниковый нановолноводный однофотонный детектор с низкой скоростью темнового счёта

Использование: для изготовления высокочувствительных приемников одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов. Сущность изобретения заключается в том, что сверхбыстрый и сверхчувствительный гибридный сверхпроводниковый нановолноводный однофотонный детектор с низкой скоростью темнового счета включает в себя чувствительный нанопровод из сверхпроводниковой пленки NbN, расположенный на нановолноводе Si3N4, и защитное диэлектрико-металлическое покрытие, состоящее из слоя диэлектрика SiO2 и слоя металла Al, нанесенного поверх нанопровода. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения ложных срабатываний сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора и увеличения чувствительности сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для регистрации одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов и может быть использовано в системах оптической волоконной связи на больших расстояниях, в телекоммуникационных технологиях, в системах интегральной оптики и нанофотоники, в системах защиты передаваемой информации с помощью систем квантовой криптографии, в диагностике и тестировании больших интегральных схем (БИС) в электронике, в спектроскопии одиночных молекул, в анализе излучения квантовых точек в полупроводниковых наноструктурах, в астрономии, медицине, в разработке квантовых компьютеров и в IT-сфере оптических процессоров.

Патентный поиск проводился по ключевым словам и рубрикам МПК по странам: США, Россия, Япония, Европейское Сообщество. При проведении патентного поиска использовались Web-сайты стран поиска и патентный фонд Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Из открытых источников был найден Патент US 6218657 (опубликован 17.04.2001, G01J 1/46), который предлагает использовать лавинный фотодиод в затворном режиме для обнаружения оптического пульса, содержащего небольшое количество фотонов, как часть квантово-криптографической системы.

Параметры полупроводниковых лавинных фотодиодов не позволяют достичь предельно низких значений ошибок квантово-криптографических систем в отличие от предлагаемых систем на основе сверхпроводниковых однофотонных детекторов SSPD.

Патент US 7616904 В1 (опубликован 28.07.2011, G01J 1/36, G02B 6/10). Германий в кремниевом волноводе, расположенном на кремний/изолятор подложке. Фотодетектор встроен в кремний планарного волновода на подложке. Фотодетектор генерирует электрический ток при прохождении инфракрасного излучения сигнала через фотодетектор.

Реализация подобной схемы сопряжена с принципиальными технологическими трудностями, не позволяющими достичь приемлемых показателей по квантовой эффективности, быстродействию и скорости темнового счета.

Патент WO 2014026724 А1 (опубликован 20.02.2014; G01J 1/36, G02B 6/10) - спектрометр с однофотонным сверхпроводниковым детектором на одном чипе. Изобретение описывает интегрированное гибрид нанофотонно-сверхпроводникового устройства, которое работает как сканирующий спектрометр с однофотонным разрешением и пикосекундным временным разрешением. Устройство реализовано на одном чипе и оптически соединено с помощью оптических волокон, таким образом совместимо с системой оптического изображения через согласующие оптоволоконные порты.

Наиболее близкий аналог описан в патенте US 20140299751 А1 (09.10.2014, G02B 6/02, G01J 1/04, G02B 6/12) - однофотонный сверхпроводниковый детектор на диэлектрическом волноводе. Изобретение описывает интегрированное гибрид нанофотонно-сверхпроводникового устройства, которое работает как счетчик одиночных фотонов телекоммуникационной длины волны, распространяющихся внутри диэлектрического волновода.

Ближайший аналог изобретения включает в себя подложку из кремния с подслоем SiO2, нановолновод Si3N4 (см. фиг. 1). Два нанопровода расположены параллельно друг другу вдоль нановолновода прямо на нем. Нанопровод представляет собой фоточувствительную полоску шириной 100 нм, изготовленную из сверхпроводниковой пленки NbN толщиной 4 нм. Для снятия сигнала к нанопроводам подводятся золотые контактные площадки (см. фиг. 2).

В рабочем режиме детектор имеет температуру ниже температуры сверхпроводящего перехода (например, температура жидкого гелия 4,2 K).

При поглощении сверхпроводником фотона происходит разрушение куперовской пары. Сверхпроводимость на короткое время подавляется в малой по сравнению с шириной части полоски, и образуется «горячее пятно». В этой области появляется сопротивление, величина которого соответствует сопротивлению пленки, из которой выполнена полоска, в нормальном состоянии. Если в это время через полоску пропущен ток, близкий к критическому току распаривания, то происходит его перераспределение по оставшейся в сверхпроводящем состоянии части пленки, и величина плотности тока в сверхпроводящей области начинает превышать критическую. В результате все сечение полоски переходит в нормальное состояние, и в детекторе появляется электрическое сопротивление, которое сопровождается импульсом напряжения.

Так же, как в ближайшем аналоге, для получения высокой чувствительности в видимом и инфракрасном диапазонах волн чувствительный элемент представляет собой полоску из тонкой пленки сверхпроводника NbN, идущего вдоль нановолновода туда и обратно. Толщина пленки полоски выполнена порядка длины когерентности, а ширина полоски - меньше глубины проникновения магнитного поля.

При указанном размере полоски величина критического тока Ic составляет около 20 мкА при температуре 4.2 К. Величина транспортного тока составляет 0.8-0.9 от Ic.

Основным недостатком ближайшего аналога изобретения является то, что, благодаря используемой в изобретении топологии, детектор обладает высокой скоростью темнового счета. Высокая скорость темнового счета появляется в результате следующего:

1. Собственные шумы детектора - ложные срабатывания, которые объясняются самим принципом работы детектора.

2. Внутренние шумы электронной аппаратуры.

3. Темновые срабатывания могут происходить из-за фонового излучения от нагретых внутренних частей криогенного резервуара, попадающего непосредственно на детектор, минуя нановолновод.

Основной вклад в скорость темнового счета вносит фоновое излучение, поэтому решаемой задачей изобретения является защита чувствительной части сверхпроводникового однофотонного детектора от фонового излучения нагретых внутренних частей криогенного резервуара.

Техническим результатом является:

- уменьшение темновых (ложных) срабатываний сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора;

- увеличение чувствительности сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора.

Новым в разработанном способе является то, что для уменьшения темновых срабатываний используется защитное диэлектрико-металлическое покрытие (фиг. 3) сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора. В качестве основных материалов диэлектрико-металлическое покрытие использует диэлектрик SiO2 и металл Al.

Сверхбыстрый и сверхчувствительный гибридный сверхпроводниковый нановолноводный однофотонный детектор с низкой скоростью темнового счета, включающий в себя чувствительный нанопровод из сверхпроводниковой пленки NbN, расположенный на нановолноводе Si3N4, и защитное диэлектрико-металлическое покрытие, состоящее из слоя диэлектрика SiO2 и слоя металла Al, нанесенного поверх нанопровода.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу изготовления солнечного элемента, имеющего долговременную надежность и высокую эффективность, причем упомянутый способ включает в себя: этап нанесения пастообразного электродного вещества на просветляющую пленку, сформированную на стороне светопринимающей поверхности полупроводниковой подложки, имеющей по меньшей мере pn-переход, причем упомянутое электродное вещество содержит проводящий материал; и этап обжига электрода, включающий в себя локальную термообработку для подачи тепла так, что обжигают по меньшей мере часть проводящего материала посредством облучения лазерным лучом только участка с нанесенным электродным веществом, и термообработку всего объекта для нагревания полупроводниковой подложки целиком до температуры ниже 800°C.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается способа защиты приемника оптического излучения. Способ включает в себя прием входного оптического потока матричным фотоприемным устройством (МФПУ), измерение величины ii выходного сигнала каждого i-го чувствительного элемента (ЧЭ) МФПУ, где - номер ЧЭ МФПУ, N - количество ЧЭ в МФПУ, и сравнение их значения с пороговым значением iП.

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев узкозонных полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей.

Использование: для изготовления как солнечных фотоэлектрических преобразователей на основе гетероперехода, так и для классических кристаллических и поликристаллических фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции и составу слоев фотоэлектрических преобразователей с несколькими переходами. Задачей заявляемого изобретения является создание фотоэлектрического преобразователя с несколькими р-n-переходами, отличающегося повышенным КПД за счет введения в состав фотопреобразователя близких по параметру решетки с кремнием слоев на основе многокомпонентных полупроводниковых соединений А2В4С52.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться при создании матричных фотоприемников. Заявляемые зондовая установка и способ позволяют проводить межоперационный контроль матричных фотоприемников при температуре жидкого азота и различных фоновых условиях с подсчетом и исключением дефектных элементов исходя из качества полученного изображения с помощью ИК объектива после проведения двухточечной коррекции и оценкой объемной диффузионной длины по чувствительности до утоньшения матричного фотоприемника в установке открытого типа с помощью многоконтактной зондовой головки с фиксированным расположением зондов, прижимающей матричные фотоприемники к пьедесталу, расположенному в теплоизолирующей чашке, залитой жидким азотом до уровня, не превышающего верхнего уровня пьедестала.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству каскадной солнечной батареи. Каскадная солнечная батарея выполнена с первой полупроводниковой солнечной батареей, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки меньше, чем вторая константа решетки, и у каскадной солнечной батареи имеется метаморфный буфер, причем метаморфный буфер включает в себя последовательность из первого, нижнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и второго, среднего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и третьего, верхнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и метаморфный буфер сформирован между первой полупроводниковой солнечной батареей и второй полупроводниковой солнечной батареей, и константа решетки метаморфного буфера изменяется по толщине (по координате толщины) метаморфного буфера, и причем между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера константа решетки и содержание индия увеличивается, а содержание алюминия уменьшается.

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения.

Изобретение относится к области производства фотоприемных устройств и касается узла установки уровня и спектрального состава регистрируемого излучения в ИК МФПУ.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии.

Изобретение относится к cпособe получения супрамолекулярных гидрогелей, включающему смешение водного раствора L-цистеина с водным раствором ацетата серебра так, чтобы концентрация L-цистеина в смеси составляла от 1,0 до 6,0 мМ, а отношение молярных концентраций ацетата серебра к L-цистеину в смеси находилось в диапазоне от 1,23 до 1,33, где далее смесь оставляют в защищенном от света месте при комнатной температуре на 4 часа для формирования L-цистеин-серебряного раствора, затем смешивают созревший L-цистеин-серебряный раствор с водным раствором сульфата с катионом из ряда Na+, K+, Cu2+, Fe2+, Mg2+, Zn2+, Al3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, при концентрации сульфата в смеси в пределах 0,075-0,750 ммоль, через определенное время, зависящее от концентрации сульфата и типа катиона, после чего жидкая система превращается в гель.

Изобретение относится к медицине, в частности к гнойной хирургии, и может быть использовано для лечения абсцессов мягких тканей. Способ лечения включает вскрытие гнойника, эвакуацию содержимого и лазерное разрушение внутриполостного тканевого секвестра.

Изобретение относится к офтальмологическому устройству, которое содержит первый вкладыш-субстрат, содержащий активное оптическое устройство, первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор, первый элемент питания и первую проводящую дорожку, причем первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор содержит нанокристаллический слой n-типа, первый элемент питания расположен вблизи первой проводящей дорожки так, что первый элемент питания находится в электрическом соединении с первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, активное оптическое устройство содержит жидкостный менисковый линзовый элемент, содержащий две несмешивающиеся текучие среды с образованием мениска между ними, причем активное оптическое устройство находится в электрическом соединении с первым элементом питания и первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, а активное оптическое устройство выполнено с возможностью изменения фокусных характеристик офтальмологического устройства при приложении электрического заряда для изменения формы мениска, и гидрогелевый материал, окружающий или герметизирующий первый вкладыш-субстрат.

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано в эксперименте на животных с перевивными опухолями для достижения выраженного противоопухолевого эффекта.

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для направленного разрушения раковых клеток. Для этого осуществляют их предварительную визуализацию путём введения в исследуемый объект комплекса, состоящего из объединенных молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, и биологических распознающих молекул.

Изобретение относится к композиции для получения нанокомпозитов с перестраиваемой полимерной матрицей, которые могут быть использованы в современной высокотехнологичной промышленности, начиная от конструкционных материалов нового поколения до высокопроизводительных солнечных батарей, матриц для жидкокристаллических дисплеев, сверхплотных массивов для хранения информации и др.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения фармацевтических композиций на основе полимерных наночастиц методом микрофлюидной технологии.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для микроскопического исследования биологических образцов, маркированных фосфоресцентными зондами in vitro.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из смеси для модифицированного бетона в гражданском, промышленном и транспортном строительстве Технический результат - получение смеси для модифицированного бетона марки по подвижности П2 с минимальным расходом цемента. Смесь для модифицированного бетона, содержащая портландцемент, песок, золь нанокремнезема, белую сажу, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что в качестве суперпластификатора взята добавка Линамикс ПК, при следующем соотношении компонентов мас.%: песок 66,3-67,8, портландцемент 22-22,5, вода 5,8-6,1, Линамикс ПК 3,38-3,45, микрокремнезем 0,225-3, золь нанокремнезема 0,084-0,351, белая сажа 0,045-0,158. 4 табл.

Использование: для изготовления высокочувствительных приемников одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов. Сущность изобретения заключается в том, что сверхбыстрый и сверхчувствительный гибридный сверхпроводниковый нановолноводный однофотонный детектор с низкой скоростью темнового счета включает в себя чувствительный нанопровод из сверхпроводниковой пленки NbN, расположенный на нановолноводе Si3N4, и защитное диэлектрико-металлическое покрытие, состоящее из слоя диэлектрика SiO2 и слоя металла Al, нанесенного поверх нанопровода. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения ложных срабатываний сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора и увеличения чувствительности сверхпроводникового однофотонного волноводного детектора. 3 ил.

Наверх