[发明专利]一种超导转变边沿传感器、制备方法及微量能器

说明书

本发明提供了一种超导转变边沿传感器、制备方法及微量能器，其中超导转变边沿传感器制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底的上表面形成超导金属薄膜；在所述超导金属薄膜的上表面形成正常金属薄膜，所述超导金属薄膜与正常金属薄膜的厚度之比为1‑10；所述超导金属薄膜和正常金属薄膜在真空腔内形成。通过在衬底上形成超导金属薄膜和正常金属薄膜，并使超导金属薄膜与正常金属薄膜的厚度之比保持在1‑10的范围内。通过对超导金属薄膜与正常金属薄膜的厚度比进行控制，提高了TES的转变温度Tc均匀性和转变区间可控性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种超导转变边沿传感器、制备方法及微量能器。

背景技术

超导转变边沿探测器(TES， Transition Edge Sensor)利用一些物质在温度低于某一值(Tc)时，其电阻率突然转变为零。这种状态称作超导状态，这类物质称为超导体，Tc称作超导体的转变温度。

TES对温度测量具有极高的灵敏度，常用于探测器粒子的动能或单光子的能量。其中，TES微量能器就利用超导TES在超导转变区域内陡峭的电阻-温度关系（下文将陡峭的电阻-温度关系简称为陡峭度），实现单光子探测。超导TES微量能器具有适用波长范围广、易于开发单片集成微量能器阵列，并可用超导量子干涉仪（SQUID）放大器对探测器阵列实现复用读出等特点。因此，超导TES微量能器已被广泛应用于高灵敏的单光子探测，覆盖了X射线及γ射线波段。目前，超导TES微量能器在X射线波段的能量分辨率比常用的Si基半导体探测器的能量分辨率要高出1~2数量级。

TES的转变温度Tc与转变区间是影响微量能器的两个关键因素。尤其是对像元数量较多的微量能器阵列来说，既需要Tc均匀性较好，还需要平滑的转变区间。为了使阵列微量能器在相同的偏置电压下，缩小单元像素间的能量分辨率差异。现有研究中，在双层超导薄膜沿着电流方向上的边缘沉积一种常态金属坝，一方面防止超导薄膜在边缘处发生超导短路，二是有效地增大超导转变区间的陡峭度。但是，现有技术调控转变区间的特性十分有限，而且可能引入额外噪声。

发明人在实施本技术方案的过程中发现现有TES的转变温度Tc均匀性和转变区间可控性较差的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种超导转变边沿传感器、制备方法及微量能器。

一方面，本发明实施例提供一种超导转变边沿传感器制备方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底的上表面形成超导金属薄膜；

在所述超导金属薄膜的上表面形成正常金属薄膜，所述超导金属薄膜与正常金属薄膜的厚度之比为1-10；

所述超导金属薄膜和正常金属薄膜在真空腔内形成。

可选的，所述超导金属薄膜至少包括钼薄膜，所述正常金属薄膜至少包括铜薄膜；

所述钼薄膜的厚度为40nm-500nm，所述正常金属薄膜的厚度为40nm-5000nm。

可选的，所述超导金属薄膜和正常金属薄膜均通过磁控溅射方法形成；

形成所述超导金属薄膜的磁控溅射功率为50瓦-500瓦，气压为1mTorr-10mTorr；

形成所述正常金属薄膜的磁控溅射功率为50瓦-500瓦，气压为1mTorr-10mTorr。

可选的，所述真空腔内的背景真空度小于1×10^-8Torr。

可选的，所述超导金属薄膜的宽度小于所述正常金属薄膜的宽度，所述超导金属薄膜的宽度与所述正常金属薄膜的宽度之差大于0微米，小于10微米；

和/或

所述超导金属薄膜与所述正常金属薄膜形成的双层超导薄膜的长度范围在20um-200um，宽度范围在20um-200微米，长宽之比在1-10之间；