In this project, the fabrication of single-photon detectors based on superconducting nanowires is presented, with great focus on extending their operation range to the mid infrared. In particular, Niobium Titanium Nitride (NbTiN) and Molybdenum Silicide (MoSi), superconducting materials with different properties, are presented, studied and used as fabrication platforms. Different approaches are followed, mainly adjusting the nanowire width and thickness to achieve near unity quantum efficiency at mid infrared wavelengths. With the vision of using these devices for atmospheric LIDAR and sensing experiments, saturation at 2050 nm is studied that corresponds to the absorption peak of CO2. For the best device made on NbTiN thin films, unity quantum efficiency is shown at 2050 nm with a time jitter of 116 ps at 1550 nm. Simulations using the transfer matrix method and the commercial software Lumerical are carried out, concluding that the devices made in NbTiN could have 23.1-26.7% system detection efficiency at 2050 nm on a Silicon SiO2/Si platform. Further improvements show that the detection efficiency could reach between 52-62% (for 0.33 and 0.5 fill factor, respectively calculated with FDTD simulations) by engineering optical cavities. / I detta projekt presenteras en fabrikations process för enstaka foton detektorer baserade på supraledande nanotrådar. Fokuset har legat på att utöka våglängds regionen där detektorernas kan detektera till mid-infrarött ljus. Två specifika supraledande material, Niobium Titan (NbTiN) och Molybdenum Silicide (MoSi), med olika egenskaper har studerats och använts som material. Dimensionerna på nanotrådarna, framför allt tjockleken och bredden, har optimerats för att uppnå nära enhetlig kvant-effektivitet vid mid-infraröda våglängder. Med visionen att detektorerna ska användas för atmosfäriska LiDAR mätningar har de studerats för satruering vid 2050 nm som motsvarar ett absorbtions maximum för CO2. Detektorerna tillverkade med NbTinN uppnådde 100% kvant effektivitet för 2050 nm ljus med ett tids jitter på 116 ps vid 1550 nm ljus. Simuleringar med överförings matrisen metoden och den kommersiella mjukvaran Lumerical visar att NbTiN detektorer placerade på en SiO2/Si platform kan ha en 23.1-26.7% effektivitet vid 2050 nm. Ytterligare simuleringas visar att effektiviteten kan nå upp till 52-62% (för 0.33 och 0.5 fyllnadsfaktor, respektive beräknad med FDTD) genom att inkludera optiska kaviteter.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-297517 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Lopez, Bruno |
| Publisher | KTH, Tillämpad fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:063 |
Page generated in 0.183 seconds