[发明专利]大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法

权利要求书

1.大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将Si基片分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗3-5分钟，并在光学显微镜下观察其表面洁净度，无明显颗粒杂物，备用；

步骤2，将备用的基片送入磁控溅射系统副室，进行氩离子清洗，清除基片表面分子级别的杂质，并让薄膜与衬底更易结合；

步骤3，将离子清洗后的基片送入主室，通过直流磁控溅射生长厚度5nm的MoSi薄膜；

步骤4，MoSi薄膜生长完毕后，在真空室中原位射频磁控溅射生长Nb₅N₆薄膜；

步骤5，绘制大面积掩模版图形，并采用图形补偿的方法来补偿微米线拐角处的曝光不足；

步骤6，从磁控系统腔室取出样品，在样品表面旋涂S1805光刻胶，用激光直写光刻机进行光刻，根据空间位置分布的不同设置曝光剂量70-75，然后放入正胶显影液显影30s，放入去离子水中定影1min，在光刻胶上形成微米线图案；

步骤7，用反应离子刻蚀的方式对做完激光直写的样品进行刻蚀，刻蚀后用丙酮超声1min除去残胶，从而形成微米线。

2.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤2中，进行氩离子清洗的条件如下：

气体种类：Ar；

气体流量：3sccm；

工作气压：4.2×10^-2Pa；

离子束流：30mA；

清洗时间：2min。

3.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤3中，直流磁控溅射参数如下：

背景真空度：大于2×10^-5Pa；

气体：Ar；

靶材：Mo_0.8Si_0.2；

溅射气压：1.5mTorr；

Ar流量：22sccm；

溅射电流：0.5A；

沉积速率：60nm/min。

4.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤4中，原位射频磁控溅射参数如下：

背景真空度：大于2×10^-5Pa；

气体：Ar，N₂；

靶材：Nb；

溅射气压：20mTorr；

N2：Ar流量比：120sccm:30sccm；

溅射功率：400W；

沉积速率：20nm/min。

5.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤5中，对曝光的掩膜图形在拐角处进行补偿，使得微米线条均匀。

6.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤6中，对曝光剂量在空间上的分布做出修正，使得激光直写的曝光剂量在空间上分布均匀，修正后的曝光剂量阵列如下：

。

7.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤6中，使用激光直写光刻机的型号是Microwriter ML3旗舰型，激光直写条件如下：

光刻胶种类：S1805；

匀胶前转：转速600r/min，时间6s；

匀胶后转：转速4000r/min，时间40s；

烘干：温度115℃，时间2min；

成像：曝光剂量70-75，/制备时间1min，显影时间30s，定影时间60S。

8.根据权利要求1所述的大面积MoSi超导微米线单光子探测器的激光直写制备方法，其特征在于，步骤7中，使用的刻蚀机型号是Samco RIE-10，刻蚀的具体参数如下：

刻蚀材料：MoSi；

反应气体：CF₄；

流量：30sccm；

压强：2.0Pa；

功率：50W；

时间：75s。