【摘 要】
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传统的单光子探测器(SPD)主要有光电倍增管(PMT)、工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD).由于材料本征物理性质的限制,发展到目前传统SPD的性能已基本达到极限,很难再
【机 构】
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清华大学微电子所,北京 10084
【出 处】
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2013‘全国半导体器件技术、产业发展研讨会暨第六届中国微纳电子技术交流与学术研讨会
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传统的单光子探测器(SPD)主要有光电倍增管(PMT)、工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD).由于材料本征物理性质的限制,发展到目前传统SPD的性能已基本达到极限,很难再有本质性的提高.随着量子密钥分配(QKD)和线性量子计算(LOQC)等量子信息技术的飞速发展,PMT和APD在量子效率、暗计数、最高计数率等方面远不能满足量子信息技术的需求.2001年,Goltsman等人发明了一种基于超导的纳米线单光子探测器(SNSPD：Superconducting Nanowirc Single Photon Detector),为单光子探测器的研究开拓了新方向,而SNSPD以其在量子效率、计数率、暗计数、时间抖动等方面的优势引起了大家的广泛关注和研究.本文对SNSPD的物理模型和研究进展进行了综述.首先简单介绍了SNSPD的起源,然后给出了典型SNSPD的物理模型以及SEM实物图.随后通过分析"热岛(Hotspot)效应"和"人行道(Sidewalk)效应"对SNSPD实际的单光子探测过程的探测机制进行的详尽的分析,并详细阐述了用以解释这一探测机制的电热模型和唯象模型进.最后,本文对世界各小组研究SNSPD所取得的最新进展进行了总结,目前各小组研究进展和目标主要集中在一下几个方面：1)提高入射光子与SNSPD耦合效率；2)提高光子吸收效率；3)提高SNSPD本征量子效率；4)选择不同材料制备SNSPD以提高性能；5)研究可分辨光子数的SNSPD；6)对SNSPD的光子偏振态敏感进行研究；7)对SNSPD的暗计数、时间抖动等噪声机制进行研究.总的来说,从一个多世纪前昂纳斯发现超导现象到2001年Goltsman等人第一次制备出SNSPD,众多科研工作者为SNSPD的研究铺下了坚实的基础.截至目前,由于SNSPD在全量子网络等前沿科学的应用使其在物理机制、器件制备和性能表征方面的研究方兴未艾.
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