国产无辐照二硼化镁高温超导单光子探测器研制成功

近日，中科院上海微系统与信息技术研究所联合北京大学团队，在超导单光子探测仪器设备领域取得关键性工艺突破，成功研制出无需氦离子辐照改性的单晶二硼化镁（MgB₂）高温超导纳米线单光子探测器，攻克了长期制约高温超导探测器件规模化量产的行业技术壁垒。为国产高端超导探测设备的国产化、小型化、产业化落地提供了全新技术方案。

超导纳米线单光子探测器（SSPD）是量子通信、量子计算、精密光学探测领域的核心精密仪器，凭借高探测效率、低暗计数、高时间分辨率的优异性能，成为前沿量子科技装备的核心刚需器件。目前，我国自研SSPD设备已实现技术自主与产业化应用，摆脱了国外技术垄断。但传统低温超导探测设备存在明显短板，工作临界温度低，需配套高成本、大体积的低温制冷设备，设备运维成本高、集成难度大，极大限制了其在机载、星载、便携式精密探测设备中的场景应用。因此，研发高工作温度、易加工、可量产的高温超导单光子探测器（HTc-SSPD），成为高端量子探测仪器领域的核心研发方向。

在主流超导材料中，MgB₂是适配高端探测仪器的优质材料，39K的临界温度远超传统低温超导材料，且动态电感低、超导性能稳定性强，抗微纳加工干扰能力突出，是HTc-SSPD最具实用价值的材料体系。但该材料存在固有技术缺陷，原生MgB₂纳米线光电转化效率低，无法自主实现单光子探测。过往全 球研发实践证明，必须通过氦离子辐照引入结构缺陷才能实现探测功能，而辐照工艺设备昂贵、工序复杂、良品率低，大幅提升了仪器生产成本，成为行业量产痛点，麻省理工等国际团队的研究也始终未能突破这一技术桎梏。

针对仪器产业化的核心工艺难题，联合攻关团队依托双方技术优势，整合北京大学单晶MgB₂薄膜外延生长技术与上海微系统所成熟的微纳加工、器件表征平台，全方位优化薄膜制备、纳米图形化、器件集成全套工艺，成功制备出高纯度、低缺陷、取向统一的单晶MgB₂超导纳米线。依托该核心材料，团队无需氦离子辐照工艺，即可实现532nm至1550nm全波段单光子信号稳定饱和探测，彻底打破了行业固有工艺依赖。

从设备制造与产业化角度来看，此次技术革新价值尤为突出。该新工艺方案完全兼容现有半导体微纳加工设备，无需新增特种辐照设备，简化了器件生产流程。相较于传统铜基高温超导材料，单晶MgB₂薄膜可大面积外延生长，无需复杂剥离工艺和严苛制备环境，大幅降低了精密探测器件的生产门槛，有效提升产品良率、压缩制造成本。同时，更高的工作温度可降低设备制冷系统配套要求，为超导探测仪器轻量化、小型化、高集成化升级奠定了基础，适配更多精密探测装备应用场景。

此次校企联合技术突破，补齐了国产高温超导探测仪器的工艺短板，完善了量子探测核心器件自主可控产业链。在国 家级重点科研项目的支撑下，该成果有望快速落地产业化，推动我国高端超导单光子探测设备摆脱工艺桎梏，进一步巩固我国在量子精密探测仪器领域的国际竞争优势，为量子通信、光学精密探测等领域的装备升级提供核心支撑。