NbN-Filme auf flexiblen und dielektrischen Substraten mit kontrollierbarer Dicke

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 10662 (2022) Diesen Artikel zitieren

1101 Zugriffe

Details zu den Metriken

Es wurde eine einfache Methode zur Herstellung supraleitender NbN-Dünnfilme auf flexiblen dielektrischen Substraten mit kontrollierbarer Dicke entwickelt. Die Struktur- und Oberflächeneigenschaften sowie die supraleitenden Eigenschaften des flexiblen Films wurden durch Röntgenbeugung (XRD), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und System zur Messung physikalischer Eigenschaften (PPMS) untersucht. Wir fanden heraus, dass NbN-Filme auf dem flexiblen Substrat durch den selbstpuffernden Effekt der amorphen NbN-Schicht bestimmte bevorzugte Orientierungen aufweisen. Die Nullwiderstands-Supraleitungsübergangstemperatur (TC0) für 10 nm dicke NbN-Filme beträgt 8,3 K, und die TC0 für 30 nm dicke NbN-Filme in einem Magnetfeld von 9 T bleibt über 7 K. Dieser flexible Film kann auf jedes Substrat übertragen werden angepasst an unterschiedliche Formanwendungen. Es kann auch zu einschichtigen oder mehrschichtigen flexiblen supraleitenden Bauelementen weiterverarbeitet werden.

Der supraleitende Film aus Niobnitrid (NbN) hat eine relativ hohe supraleitende Übergangstemperatur (Tc) und eine hohe kritische Stromdichte1. Daher werden NbN-Filme häufig in supraleitenden elektronischen Geräten verwendet, insbesondere für extrem empfindliche Detektoren wie Heißelektronenbolometer2, 3 und supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren4, 5. Substrate sind eine der Grundlagen für die Herstellung von NbN-Filmen und wirken sich direkt auf die Supraleitung aus der Film und die Kopplung von Geräten und elektromagnetischen Wellen. NbN wird üblicherweise auf MgO6, Al2O37, GaAs8, Silizium (Si)9 und anderen Substraten hergestellt. Bei der Auswahl des Substrats geht es vor allem darum, die Leistung des Geräts zu verbessern und an die Anwendungssituation anzupassen. Die Gitterfehlanpassung zwischen Substrat und Film kann sich auch direkt auf die Leistung des Films und des Geräts auswirken. Pufferschichten können zwischen Substrat und Film10 verwendet werden, um die Fehlanpassung bis zu einem gewissen Grad zu beheben und die Leistung von NbN-Filmen und -Geräten zu verbessern. Die Dicke des Substrats beeinflusst die Kopplungseffizienz des Geräts und des elektromagnetischen Wellensignals, insbesondere im Terahertz-Frequenzband, wo die Substratdicke und die elektromagnetische Wellenlänge ähnlich sind und ein Interferenzeffekt zwischen Substrat und Film auftreten kann11. Um den Interferenzeffekt und den Substratverlust zu reduzieren, können Ätzprozesse eingesetzt werden, um die Dicke des Substrats zu reduzieren12,13,14. Allerdings nimmt die mechanische Festigkeit starrer Substrate mit zunehmender Dicke des Substrats stark ab und sie werden sehr brüchig. Durch den Einsatz flexibler Substrate können solche Probleme vermieden werden. Darüber hinaus kann das Wachstum supraleitender Filme auf flexiblen Substraten auch bei der Herstellung von Bauelementen mit Mehrschichtstruktur genutzt werden15,16,17,18.

Zur Abschirmung externer Magnetfelder werden häufig hochleitfähige Materialien verwendet, allerdings muss die Frequenz des externen Magnetfelds ausreichend groß sein (> 1 kHz)19; Die magnetische Permeabilität leitfähiger Materialien ist bei niedrigen Temperaturen recht schlecht, da die Eindringtiefe δ bei niedrigen Frequenzen recht groß ist. Bei Frequenzen unter 1 kHz und in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen schirmen Supraleiter aufgrund ihrer starken diamagnetischen Eigenschaften Magnetfelder wirksamer ab als ferromagnetische Materialien. Wenn ein supraleitendes Material unter die Phasenübergangstemperatur Tc abgekühlt wird, stoßen supraleitende Materialien Magnetfelder aus, indem sie Abschirmströme erzeugen, die dem externen Magnetfeld entgegenwirken, was als Meissner-Effekt bezeichnet wird. Für eine effiziente magnetische Abschirmung sind supraleitende Filme mit einer hohen kritischen Stromdichte, ausreichender mechanischer Festigkeit und Duktilität19, 20 erforderlich. Die Wirksamkeit des Schildes hängt auch von der Materialqualität, der Mikrostruktur und der Form ab19. YBCO20, MgB221, 22 und andere supraleitende Filme wurden in praktischen Anwendungen verwendet. MgB2 mit einer kritischen Stromdichte von 30 kA cm−2 und einem kritischen Magnetfeld von 12,8 T kann eine Magnetfeldabschirmung von 2 T bei 4,2 K21 erreichen.

Da für einen 6 nm dicken NbN-Film bei 4,2 K10 ein JC von mehr als 107 A cm−2 erreicht werden kann, können NbN-Filme aufgrund ihrer hohen Tc bei geringer Dicke, guten mechanischen Eigenschaften und großen Abmessungen auch vielversprechende Anwendungen in der magnetischen Abschirmung haben supraleitendes kritisches Magnetfeld23. Flexible Substrate können mit ferromagnetischen Materialien kombiniert werden, um die Verschleierung von Magnetfeldern24 zu erreichen, was den Herstellungsprozess vereinfachen kann. Gleichzeitig können flexible Substrate auf die entsprechende Struktur zugeschnitten und angebracht werden, was für die Anwendung komfortabler ist. Auf Graphensubstraten wurden freistehende und flexible NbN-Filme mit einer Dicke von mehreren hundert Nanometern realisiert; Allerdings ist die Fläche solcher Filme noch relativ klein25.

Zu den gängigen flexiblen dielektrischen Substraten gehören bislang Polydimethylsiloxan (PDMS), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyimid (PI)26. Unter anderem ist die Temperaturempfindlichkeit von PDMS recht hoch (TEC von 3,1 × 10–4/°C), was zu Spannungsschwankungen in dünnen Filmen und Änderungen in der geometrischen Struktur von Geräten führen kann, die es für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ungeeignet machen Situationen. PET ist recht kostspielig und daher nur schwer allgemein einsetzbar. PI ist ein zyklisches Polymer mit einer zyklischen Imidstruktur in der Hauptkette des Moleküls, das die breiteste Betriebstemperatur zwischen –269 und 400 °C aufweist und gute Isolationseigenschaften (spezifischer Widerstand von 1,7 × 1017 Ω·cm) und Flexibilität (Young's) aufweist Modul von 2,5 GPa) und geringe Absorptionsverluste (12 cm−1 bei 1 THz). In dieser Arbeit demonstrieren wir eine Methode zur Herstellung eines supraleitenden Hochleistungsfilms mit hoher Ebenheit auf einem flexiblen PI-Substrat. Nach weiterer Mikro-/Nanofertigung werden flexible supraleitende Geräte hergestellt, die auch auf nichtebenen Oberflächen und anderen komplexen Anlässen angebracht werden können, was die Anwendung und den Anwendungsbereich supraleitender Filme und Geräte erheblich erweitert.

Als Grundlage für die Herstellung flexibler Substrate wird hochbeständiges Silizium verwendet. Zunächst werden, wie in Abb. 1a gezeigt, Aceton, Alkohol und entionisiertes Wasser verwendet, um das Si-Substrat 3 Minuten lang zu reinigen. Dadurch können organische Verunreinigungen auf der Substratoberfläche entfernt werden und die PI-Schichten können fest auf dem Substrat haften. Darüber hinaus kann man auch die Bildung von Pinholes im PI verhindern.

Vorbereitungsprozess (links: a–d), die vorbereitete 2-Zoll-Probe (rechts: e–h).

Die Dicke des PI-Films wird hauptsächlich durch die Rotationsgeschwindigkeit und die Viskosität des PI bestimmt. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit recht niedrig ist, ist die Dicke des PI-Films nicht sehr gleichmäßig. Durch Steuerung der PI-Viskosität, der Schleuderbeschichtungsgeschwindigkeit und der Rotationszeit kann die Dicke des PI-Films genau gesteuert werden, wie in Abb. 2 dargestellt. Um beispielsweise einen 4 μm dicken PI-Film zu erhalten, wird PI mit einer Viskosität von 3600 Centipoise verwendet kann mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 4000 U/min und einer Schleuderzeit von 1 Minute auf das Substrat aufgeschleudert werden. Wie in Abb. 1b gezeigt, wurde schleuderbeschichtetes PI zum Aushärten in eine Vakuumtrocknungsumgebung gegeben. Die Aushärtetemperatur betrug 1 Stunde lang 120 °C, 1 Stunde lang 200 °C, 1 Stunde lang 230 °C und 2 Stunden lang 250 °C27. Anschließend wurde die Probe Raumtemperatur ausgesetzt und auf natürliche Weise abgekühlt. Die Anzahl der Schleuderbeschichtungs- und Härtungszyklen kann entsprechend den Dickenanforderungen der PI-Schicht angepasst werden. Im Falle einer dicken PI-Schicht kann eine mehrfache Schleuderbeschichtung und Aushärtung angewendet werden, um die Bildung von Luftspalten zwischen den PI-Schichten zu vermeiden und eine glatte Oberfläche sicherzustellen. Für geringere PI-Dicken sind geringere Viskositäten und höhere Drehzahlen erforderlich; Beispielsweise kann die niedrigste Dicke von 1 μm durch Schleuderbeschichtung von PI mit einer Viskosität von 600 Centipoise bei einer Geschwindigkeit von 8000 U/min für 1 Minute erreicht werden. Durch weiteres Verdünnen der PI-Lösung kann ein dünnerer PI erhalten werden.

Die Beziehung zwischen der PI-Schichtdicke, der Rotationsgeschwindigkeit und der PI-Viskosität.

Nach der Schleuderbeschichtung, wie in Abb. 1c dargestellt, verwendeten wir die reaktive DC-Magnetron-Sputtertechnologie, um den supraleitenden Film aus Niobnitrid (NbN) auf einem PI-beschichteten Si-Substrat vorzubereiten. Wir verwendeten ein Niob-Sputtertarget mit einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Reinheit von 99,999 %. Der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat betrug 55 mm, während das Basisvakuum auf weniger als 2 × 10–5 Pa gehalten wurde. Das Substrat wurde durch ein Wasserkühlsystem auf Raumtemperatur gehalten. Die Sputterkammer wurde mit einem Mischgas aus Ar und N2 im Verhältnis 8:1 gefüllt und der Gesamtdruck wurde bei 0,27 Pa gehalten. Der Gleichstrom des Sputterstroms betrug 1,80 A, während der Film mit einer Geschwindigkeit von 8 Å/s auf dem Substrat aufgewachsen wurde.

Schließlich tauchten wir den NbN-Film auf PI mit einem Si-Substrat etwa 15 Minuten lang in HF ein, und der NbN-Film mit einer PI-Schicht löste sich vollständig vom Si-Substrat ab, wie in Abb. 1d gezeigt. Eine Reihe von Fotos des flexiblen NbN-Films auf PI mit einem Durchmesser von 2 Zoll ist in Abb. 1e – h dargestellt. Die Folienoberfläche ist flach und glatt und die Folie kann in jedem Winkel gebogen werden. Diese Methode kann nicht nur die Dicke sowohl der PI-Schicht als auch des NbN-Films präzise steuern, sondern kann auch auf größere Flächen und andere flexible supraleitende Filme ausgeweitet werden. Da sich der Film nach dem Ablösen vom Si-Substrat auf natürliche Weise wellt, was die Charakterisierung durch XRD und AFM erschwert, haben wir für diese Art von Messungen Proben mit Si-Substraten verwendet. Sofern nicht anders angegeben, wurden von Si-Substraten abgezogene Proben zur Charakterisierung der Supraleitung mit oder ohne Magnetfeld verwendet.

Wir verwendeten XRD, um die Kristallstruktur der NbN-Filme auf PI zu bestätigen. Wie in Abb. 3a gezeigt, ist ein 150 nm dickes NbN, das auf einem Si-Substrat gewachsen ist, polykristallin und zeigt einen NbN (111)-Beugungspeak bei 35,18°, und der NbN (002)-Beugungspeak wird bei 40,70° beobachtet, was diesem ähnlich ist für den Film auf 4 µm dickem PI mit einem Si-Substrat mit einem NbN (111)-Beugungspeak bei 35,20° und einem NbN (002)-Peak bei 40,52°. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Höhen und Positionen der Beugungspeaks zeigt der Film auf dem PI-Substrat einen offensichtlichen Halo-Peak für die amorphe Phase bei etwa 20°, während der Film auf dem Si-Substrat diesen Peak nicht zeigt. Da die PI-Schicht selbst keine Gitterstruktur aufweist, ist die Quelle des in der XRD beobachteten Halo-Peaks höchstwahrscheinlich der NbN-Film. Darüber hinaus erscheinen die NbN-Beugungspeaks (111) und (002) im XRD-Muster dieser Probe. Dies impliziert, dass zunächst eine amorphe NbN-Schicht auf dem PI aufgewachsen wird und dann aufgrund des Selbstpufferungseffekts die bevorzugte Ausrichtung des NbN-Films auftritt. Um die Gitterstrukturinformationen für den NbN-Film auf PI weiter zu bestätigen, verwendeten wir außerdem GIXRD mit der 1 W/1 A-Strahllinie an der Station für diffuse Streuung in der Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF), um eine Probe zu untersuchen, die aus einer 50 nm dicken Probe bestand NbN-Film auf 4 μm PI mit einem Si-Substrat. Durch Anpassen des streifenden Einfallswinkels können wir nur die Gitterinformationen für den Film erhalten und den Einfluss des Substrats ausschließen. Die GIXRD-Bilder mit streifenden Einfallstiefen von 10,5 nm sind in Abb. 3b dargestellt. Im Vergleich zu Abb. 3a werden, selbst wenn die NbN-Filmdicke auf 1/3 reduziert wird, immer noch offensichtliche NbN (111)-Peaks bei 35,45° und NbN (002)-Peaks bei 41,35° beobachtet. Wenn man bedenkt, dass aufgrund der Einstellung des Streifwinkels der Beitrag dieser Beugungspeaks hauptsächlich vom 10,8 nm dicken NbN-Film oben herrührt, bedeutet dies auch, dass der dünnere NbN-Film auf PI immer noch eine bevorzugte Ausrichtung hat. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen für die supraleitenden Eigenschaften der Filme. AFM wurde verwendet, um die Ebenheit sowohl der PI-Schicht als auch der NbN-Filmoberfläche im Bereich von 5 μm * 5 μm zu charakterisieren. Wie in Abb. 4a gezeigt, beträgt der quadratische Mittelwert (RMS) der 4 μm dicken PI auf dem Si-Substrat 0,183 nm und die Ebenheit entspricht der des Si-Substrats, was den Anforderungen für das Wachstum dünner NbN-Filme entspricht . Abbildung 4b–d zeigt, dass der RMS für NbN-Filme mit Dicken von 8 nm, 50 nm und 200 nm auf 4 μm PI mit Si-Substraten 1,209 nm, 0,815 nm bzw. 2,175 nm beträgt. Das Entfernen des Si-Substrats hat keinen Einfluss auf die Ebenheit der Filmoberfläche, was den Grundstein für die weitere Anwendung flexibler supraleitender Bauelemente legen kann.

(a) XRD von 150 nm NbN auf 4 μm PI mit Si-Substrat und 150 nm NbN auf Si-Substrat (b) GIXRD von 50 nm NbN auf 4 μm PI/Si-Substrat.

AFM-Bild eines NbN-Films auf 4 μm PI mit Si-Substrat: (a) ohne NbN-Film (b) 8 nm NbN-Film (c) 50 nm NbN-Film (d) 200 nm NbN-Film.

PPMS wurde angewendet, um die supraleitenden Eigenschaften der NbN-Filme auf PI zu untersuchen. Abbildung 5a zeigt die RT-Kurven für 50 nm dicke NbN-Filme auf 1 μm PI mit und ohne Si-Substrat. Die beiden Kurven stimmen nahezu überein, die Differenz der Nullwiderstandsübergangstemperatur (TC0) zwischen den beiden beträgt etwa 0,1 K und die für andere Proben mit unterschiedlicher Dicke erhaltenen Ergebnisse sind ähnlich. Daher hat das Entfernen des Si-Substrats keine wesentliche nachteilige Auswirkung auf die Supraleitung dieses flexiblen supraleitenden Films. Abbildung 5b zeigt eine Reihe von Widerstands-Temperatur-Kurven (RT) für NbN-Filme mit unterschiedlichen Dicken auf 1 μm PI. Der TC0 für den 10 nm dicken NbN-Film beträgt 8,7 K, der für den 50 nm dicken Film 11,9 K und der für den 150 nm dicken Film 12,4 K. Abbildung 5c zeigt die R-T-Kurven für NbN mit der gleichen Dicke bei 60 μm PI. Der TC0 für NbN-Filme mit Dicken von 10 nm, 50 nm und 150 nm beträgt 7,8 K, 11,4 K bzw. 12,5 K. Es ist zu beobachten, dass sich die supraleitende Übergangstemperatur für NbN-Filme gleicher Dicke auf PI-Schichten unterschiedlicher Dicke geringfügig ändert. Die supraleitenden Eigenschaften flexibler NbN-Filme sind vergleichbar mit denen, die für NbN-Filme auf Si-Substraten beobachtet werden10. Abbildung 5d fasst die TC0 für NbN-Filme unterschiedlicher Dicke zusammen, die auf dem dicksten (60 μm) und dünnsten (1 μm) PI hergestellt wurden, und vergleicht sie mit dem TC0 für NbN-Filme, die direkt auf Si-Substraten gewachsen sind. Die PI-Dicke hat kaum Einfluss auf die supraleitende Übergangstemperatur von NbN, während der TC0 des direkt auf Si gewachsenen NbN-Films 1–2 K höher ist als der TC0, der auf PI mit derselben Dicke gewachsen ist. Ein möglicher Grund für diesen Unterschied ist, dass auf dem PI eine Schicht aus amorphem NbN-Film zur Selbstpufferung vorhanden ist, was zu einer Verringerung der effektiven Dicke des eigentlichen NbN-Films führt.

(a) RT-Kurven von 50 nm NbN-Filmen auf 1 μm PI mit und ohne Si-Substrat. (b) RT-Kurven von NbN-Filmen mit unterschiedlichen Dicken auf 1 μm PI. (c) RT-Kurven von NbN-Filmen mit unterschiedlichen Dicken auf 60 μm PI. (d) TC0 von NbN-Filmen mit unterschiedlicher Dicke auf PI- und auf Si-Substraten.

Für magnetische Abschirmungsanwendungen flexibler NbN-Filme haben wir auch die Supraleitung der Filme unter einem Magnetfeld untersucht. Die RT-Kurve für 30 nm dickes NbN auf 60 μm PI unter verschiedenen Magnetfeldern ist in Abb. 6a dargestellt. Wir können sehen, dass der TC0-Wert des Films bei fehlendem Magnetfeld 10,4 K beträgt, während er bei einem Magnetfeld von 9 Tesla (T) auf 7 K abnimmt. Abbildung 6b zeigt die RT-Kurven für 50 nm dickes NbN auf der gleichen Dicke PI unter verschiedenen Magnetfeldern. Der TC0 für den Film sinkt von 11,4 K auf 6,7 K, wenn das Magnetfeld von 0 auf 9 T ansteigt. Eine ähnliche Situation für 150 nm NbN auf 60 μm PI ist auch in Abb. 6c dargestellt.

RT-Kurve von NbN-Filmen auf 60 μm PI unter verschiedenen Magnetfeldern: (a) 30 nm NbN (b) 50 nm NbN (c) 150 nm NbN.

Darüber hinaus haben wir auch das obere kritische Magnetfeld bei verschiedenen Temperaturen anhand der RT-Kurven bestimmt, die für 30 nm, 50 nm und 150 nm dicke NbN-Filme auf 60 µm PI unter verschiedenen Magnetfeldern erhalten wurden. Wir passen das obere kritische Magnetfeld des Films bei 0 K an und das kritische Magnetfeld ist gegeben durch

Für zweidimensionale Materialien (d < ξ(T)) gilt n≈0,5 und für dreidimensionale Materialien (d ≥ ξ(T)) gilt n≈1, wobei d die Dicke des Films darstellt und ξ(T ) stellt die Kohärenzlänge der Filme bei Temperatur während der Messung dar28, 29. In unserer Forschung ist n = 1, da d ≥ ξ(T). Abbildung 7 zeigt, dass die oberen kritischen Magnetfelder für das 30 nm, 50 nm und 150 nm dicke NbN nacheinander 25,97 T, 25,01 T und 24,35 T betragen, wenn die Magnetfelder senkrecht zu den Filmen verlaufen. Wenn man bedenkt, dass das parallele obere kritische Magnetfeld für dreidimensionale Materialien dem senkrechten oberen kritischen Magnetfeld ähnelt30, können diese Daten verwendet werden, um den Wert für das parallele Magnetfeld abzuschätzen. Diese Ergebnisse stellen die Möglichkeit sicher, diese Art von flexiblem supraleitendem Film in magnetischen Abschirmungsanwendungen zu verwenden.

Supraleitendes oberes kritisches Magnetfeld senkrecht zu den NbN-Filmen auf 60 μm PI gemessen und mit variierter Temperatur angepasst.

Wir haben eine Methode zur Herstellung supraleitender NbN-Filme auf flexiblen PI-Substraten mit kontrollierbarer Dicke untersucht. Es wurden Untersuchungen zur Struktur und Oberflächenbeschaffenheit sowie zu den supraleitenden Eigenschaften der Filme durchgeführt. Das PI-Substrat und die NbN-Filme mit unterschiedlichen Dicken auf PI weisen eine hohe Ebenheit auf, was für die weitere Herstellung von Geräten sehr wichtig ist. Die flexiblen Filme weisen supraleitende Eigenschaften auf, die denen von Si-Substraten mit oder ohne Magnetfeld ähneln. Diese flexiblen Folien können weiter auf jedes Substrat übertragen und an unterschiedliche Formanwendungen angepasst werden. Darüber hinaus können sie zu ein- oder mehrschichtigen flexiblen supraleitenden Bauelementen weiterverarbeitet werden. Dies kann zweifellos die Anwendung von NbN-Dünnfilmen weiter ausbauen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Kang, L. et al. Unterdrückung der Supraleitung in epitaktischen ultradünnen NbN-Filmen. J. Appl. Physik. 109, 033908 (2011).

Artikel ADS Google Scholar

Ren, Y. et al. 10,6 μm Heterodynempfänger basierend auf einem supraleitenden Heißelektronen-Bolometermischer und einem Quantenkaskadenlaser. AIP Adv. 9(7), 075307 (2019).

Artikel ADS Google Scholar

Shurakov, A., Lobanov, Y. & Goltsman, G. Supraleitendes Heißelektronen-Bolometer: Von der Entdeckung heißer Elektronenphänomene bis zu praktischen Anwendungen. Supercond. Wissenschaft. Technol. 29, 023001 (2016).

Artikel ADS Google Scholar

Hadfield, RH, Miller, AJ, Nam, SW, Kautz, RL & Schwall, RE Niederfrequenz-Phasenverriegelung in hochinduktiven supraleitenden Nanodrähten. Appl. Physik. Lette. 87, 203505 (2005).

Artikel ADS Google Scholar

Natarajan, CM, Tanner, MG & Hadfield, RH Supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren: Physik und Anwendungen. Supercond. Wissenschaft. Technol. 25, 063001 (2012).

Artikel ADS Google Scholar

Zhang, QY, Wang, HW, Tang, X., Peng, W. & Wang, Z. Abhängigkeit der Supraleitung von der epitaktischen NbN-Filmdicke. IEEE Trans. Appl. Supercond. 29, 5 (2019).

Google Scholar

Frederic, M. et al. Niobnitrid-Dünnfilme, abgeschieden durch chemische Dampfabscheidung bei hoher Temperatur. Surfen. Mantel. Technol. 260, 126–132 (2014).

Artikel Google Scholar

Liu, AWK et al. Molekularstrahl-Epitaxiewachstum und Charakterisierung großformatiger GaSb-basierter IR-Fotodetektorstrukturen. Opt. Mater. Express 8(5), 1282–1289 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Carter, FW, Khaire, T., Chang, C. & Novosad, V. Verlustarme Einzelphotonen-NbN-Mikrowellenresonatoren auf Si. Appl. Physik. Lette. 115, 9 (2019).

Artikel Google Scholar

Jia, XQ et al. Herstellung eines spannungsinduzierten ultradünnen Hochleistungs-NbN-Films durch eine Nb5N6-Pufferschicht auf einem Si-Substrat. Supercond. Wissenschaft. Technol. 27, 7 (2014).

Artikel Google Scholar

Xuecou, Di. et al. Untersuchung eines antennengekoppelten Nb5N6-Mikrobolometer-THz-Detektors mit Substratresonanzhohlraum. Opt. Exp. 26, 7 (2018).

Google Scholar

Cherednichenko, S. et al. Erhöhen Sie die Bandbreite von NbN-Heißelektronenbolometer-Terahertz-Mischern auf 1,5 μm Si3N4/SiO2-Membranen. J. Appl. Physik. 101, 124508 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Pütz, P. et al. NbTiN-Hot-Electron-Bolometer-Wellenleitermischer auf Si3N4-Membranen bei THz-Frequenzen. IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 636–639 (2011).

Artikel ADS Google Scholar

Yang, D. et al. Entwicklung der kristallographischen Ebenen eines kegelförmig gemusterten Saphirsubstrats, das durch Nassätzen behandelt wurde. Appl. Surfen. Wissenschaft. 295, 26–30 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zhang, L. et al. Mehrschichtiges piezoelektrisches Polymer auf flexiblem Substrat zur Energiegewinnung. IEEE Trans. Ultraschall. Ferroelektr. Freq. Kontrolle 60(9), 2013–2020 (2013).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Salim, AJ, Eftekharian, A. & Majedi, AH Hohe Quanteneffizienz und niedrige Dunkelzählrate in mehrschichtigen supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektoren. J. Appl. Physik. 115, 5 (2014).

Artikel Google Scholar

Zhang, YG et al. Maßgeschneiderter elektromagnetisch induzierter Transparenzeffekt von Terahertz-Metamaterialien auf ultradünnen Substraten. Wissenschaft. China-Inf. Wissenschaft. 2, 2 (2016).

Google Scholar

Liang, L. et al. Ein flexibler Breitband-Bandpass-Terahertz-Filter mit mehrschichtigen Metamaterialien. Appl. Physik. B 113, 285–290 (2013).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kvitkovic, J., Pamidi, S. & Voccio, J. Abschirmung magnetischer Wechselfelder mit handelsüblichen YBa2Cu3O7-beschichteten Leiterbändern. Supercond. Wissenschaft. Technol. 22, 125009 (2009).

Artikel ADS Google Scholar

Denis, S., Dirickx, M., Vanderbemden, P., Ausloos, M. & Vanderheyden, B. Felddurchdringung in harte supraleitende Röhren vom Typ II: Auswirkungen einer Kappe, einer nicht supraleitenden Verbindung und ungleichmäßiger Supraleitung Eigenschaften. Supercond. Wissenschaft. Technol. 20, 418–427 (2007).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Abbers, JJ, Oomen, MP, Bassani, E., Ripamonti, G. & Giunchi, G. Magnetische Abschirmungsfähigkeit von MgB2-Zylindern. Supercond. Wissenschaft. Technol. 23, 125003 (2010).

Artikel ADS Google Scholar

Cavallin, T., Quarantiello, R., Matrone, A. & Giunchi, G. Magnetische Abschirmung von MgB2-Röhren im angelegten Gleich- und Wechselfeld. J. Phys. Konf. Ser. 43, 1015–1018 (2006).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Harke Hosemann, A., Bender, AN, Chang, CL, Polakovic, T., Novosad, V. Untersuchung der magnetischen Abschirmung für supraleitende Auslese-Millimeter-, Submillimeter- und Ferninfrarotdetektoren und -instrumente für die Astronomie IX 10708 (2018)

Prat Camps, J., Sanchez, A. & Navau, C. Supraleiter-ferromagnetische Metamaterialien für magnetische Tarnung und Konzentration. Supercond. Wissenschaft. Technol. 26, 074001 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Saraswat, G., Gupta, P. & Bhattacharya, A. Wachstum hochorientierter, freistehender, supraleitender NbN-Filme auf chemisch aus der Dampfphase abgeschiedenem Graphen. APL Mater. 2, 056103 (2014).

Artikel ADS Google Scholar

Walia, S. et al. Flexible Metaoberflächen und Metamaterialien: Ein Überblick über Materialien und Herstellungsprozesse im Mikro- und Nanomaßstab. Appl. Physik. Rev. 2, 011303 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Liang, L. et al. Anomale Terahertz-Reflexion und -Streuung durch flexible und konforme Codierungsmetamaterialien. Adv. Opt. Mater. 3, 10 (2015).

ADS Google Scholar

Bao, H. et al. Charakterisierung supraleitender ultradünner NbN-, WSi- und MoSi-Filme im Magnetfeld. IEEE Trans. Appl. Supercond. 31, 5 (2021).

Artikel Google Scholar

Schneider, T. et al. Dimensionsüberkreuzung und endliche Größeneffekte in supraleitenden Filmen. Physik. C 179, 125–1301 (1991).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Nazir, M. et al. Untersuchung der Dimensionalität in supraleitenden NbN-Dünnschichtproben mit unterschiedlichen Dicken und NbTiN-Mäander-Nanodrahtproben durch Messung des oberen kritischen Feldes. Kinn. Physik. B 29(8), 087401 (2020).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren danken Xuefei Li für die AFM-Messung, Gang Li und Xiaoshan Wu für die XRD-Messung sowie Huanhua Wang und Yu Chen für die GIXRD-Messung.

Dieser Artikel wurde vom National Key R&D Program of China Grant (2017YFA0304002), der National Natural Science Foundation (Nr. 62071218, 12033002, 61571217, 61521001 und 11227904), dem Key-Area Research and Development Program der Provinz Guangdong (Grant No . 2020B0303020001), das Qing-Lan-Projekt, die Grundlagenforschungsfonds für die Zentraluniversitäten, das Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD) und das Jiangsu Key Laboratory of Advanced Manipulating Technique of Electromagnetic Waves.

Forschungsinstitut für Supraleiterelektronik, School of Electronic Science and Engineering, Universität Nanjing, Nanjing, 210093, Volksrepublik China

Hongkai Shi, Lanju Liang, Yi Huang, Han Bao, Biaobing Jin, Zhihe Wang, Xiaoqing Jia, Lin Kang, Weiwei Xu, Jian Chen und Peiheng Wu

Purple Mountain Laboratories, Nanjing, 211111, Volksrepublik China

Han Bao, Biaobing Jin, Xiaoqing Jia, Lin Kang, Jian Chen und Peiheng Wu

School of Opto-Electronic Engineering, Zao Zhuang University, Zao Zhuang, 277160, Volksrepublik China

Lanju Liang

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

XJ, LL und HS stellten die Proben her. YH, XJ und ZW führten die Messungen durch. JC und WX halfen beim kryogenen Aufbau. HB half bei der Datenanpassung und Erklärung. HS und XJ haben das Manuskript geschrieben. XJ, BJ, LK und PW überwachten die Arbeit. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft und genehmigt.

Korrespondenz mit Xiaoqing Jia.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Shi, H., Liang, L., Huang, Y. et al. NbN-Filme auf flexiblen und dielektrischen Substraten mit kontrollierbarer Dicke. Sci Rep 12, 10662 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14861-z

Zitat herunterladen

Eingegangen: 07. April 2022

Angenommen: 14. Juni 2022

Veröffentlicht: 23. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14861-z

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.