The spectral detection efficiency and the dark count rate of superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPD) have been studied systematically on detectors made from thin NbN films with different chemical compositions. Reduction of the nitrogen content in the 4 nm thick NbN films results in a decrease of the dark count rates more than two orders of magnitude and in a red shift of the cut-off wavelength of the hot-spot SNSPD response. The observed phenomena are explained by an improvement of uniformity of NbN films that has been confirmed by a decrease of resistivity and an increase of the ratio of the measured critical current to the depairing current. The latter factor is considered as the most crucial for both the cut-off wavelength and the dark count rates of SNSPD. Based on our results we propose a set of criteria for material properties to optimize SNSPD in the infrared spectral region.

1.
C. M.
Natarajan
,
M. G.
Tanner
, and
R. H.
Hadfield
,
Supercond. Sci. Technol.
25
,
063001
(
2012
).
2.
K. M.
Rosfjord
,
J. K. W.
Yang
,
E. A.
Dauler
,
A. J.
Kerman
,
V.
Anant
,
B. M.
Voronov
,
G. N.
Gol'tsman
, and
K. K.
Berggren
,
Opt. Express
14
,
527
(
2006
).
3.
A.
Semenov
,
A.
Engel
,
H.-W.
Hübers
,
K.
Il'in
, and
M.
Siegel
,
Eur. Phys. J. B
47
,
495
(
2005
).
4.
M.
Hofherr
,
D.
Rall
,
K.
Ilin
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
H.-W.
Hübers
, and
N. A.
Gippius
,
J. Appl. Phys.
108
,
014507
(
2010
).
5.
Y.
Korneeva
,
I.
Florya
,
A.
Semenov
,
A.
Korneev
, and
G.
Goltsman
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
21
,
323
(
2011
).
6.
A.
Casaburi
,
M.
Ejrnaes
,
O.
Quaranta
,
A.
Gaggero
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
B.
Voronov
,
G.
Gol'tsman
,
M.
Lisitskiy
,
E.
Esposito
,
C.
Nappi
,
R.
Cristiano
, and
S.
Pagano
,
J. Phys.: Conf. Ser.
97
,
012265
(
2008
).
7.
F.
Marsili
,
F.
Najafi
,
E.
Dauler
,
R. J.
Molnar
, and
K. K.
Berggren
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
112601
(
2012
).
8.
J. R.
Clem
and
K. K.
Berggren
,
Phys. Rev. B
84
,
174510
(
2011
).
9.
D.
Henrich
,
P.
Reichensperger
,
M.
Hofherr
,
K.
Il'in
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
A.
Zotova
,
D.Yu.
Vodolazov
, “Geometry-induced reduction of the critical current in superconducting nanowires,” Phys. Rev. B (to be published).
10.
H. L.
Hortensius
,
E. F. C.
Driessen
,
T. M.
Klapwijk
,
K. K.
Berggren
, and
J. R.
Clem
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
182602
(
2012
).
11.
J. R.
Gao
,
M.
Hajenius
,
F. D.
Tichelaar
,
T. M.
Klapwijk
,
B.
Voronov
,
E.
Grishin
,
G.
Gol'tsman
,
C. A.
Zorman
, and
M.
Mehregany
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
062504
(
2007
).
12.
S. N.
Dorenbos
,
E. M.
Reiger
,
U.
Perinetti
,
V.
Zwiller
,
T.
Zijlstra
, and
T. M.
Klapwijk
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
131101
(
2008
).
13.
A.
Annunziata
,
D.
Santavicca
,
J.
Chudow
,
L.
Frunzio
,
M.
Rooks
,
A.
Frydman
, and
D.
Prober
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
19
,
327
(
2009
).
14.
A.
Semenov
,
A.
Engel
,
K.
Il'in
,
G.
Gol'tsman
,
M.
Siegel
, and
H.-W.
Hübers
,
Eur. Phys. J.: Appl. Phys.
21
,
171
(
2003
).
15.
K.
Ilin
,
M.
Hofherr
,
D.
Rall
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
A.
Engel
,
K.
Inderbitzin
,
A.
Aeschbacher
, and
A.
Schilling
,
J. Low Temp. Phys.
167
,
809
(
2011
).
16.
A.
Engel
,
A.
Aeschbacher
,
K.
Inderbitzin
,
A.
Schilling
,
K.
Il'in
,
M.
Hofherr
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
, and
H.-W.
Hübers
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
062601
(
2012
).
17.
H.
Shibata
,
H.
Takesue
,
T.
Honjo
,
T.
Akazaki
, and
Y.
Tokura
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
212504
(
2010
).
18.
S. N.
Dorenbos
,
P.
Forn-Diaz
,
T.
Fuse
,
A. H.
Verbruggen
,
T.
Zijlstra
,
T. M.
Klapwijk
, and
V.
Zwiller
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251102
(
2011
).
19.
B.
Baek
,
A. E.
Lita
,
V.
Verma
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251105
(
2011
).
20.
K.
Ilin
,
R.
Schneider
,
D.
Gerthsen
,
A.
Engel
,
H.
Bartolf
,
A.
Schilling
,
A.
Semenov
,
H.-W.
Hübers
,
B.
Freitag
, and
M.
Siegel
,
J. Phys.: Conf. Ser.
97
,
012045
(
2008
).
21.
K.
Il'in
,
D.
Rall
,
M.
Siegel
,
A.
Engel
,
A.
Schilling
,
A.
Semenov
, and
H.-W.
Hübers
,
Physica C: Supercond.
470
,
953
(
2010
).
22.
L. N.
Cooper
,
Phys. Rev. Lett.
6
,
689
(
1961
).
23.
L.
Yu
,
C.
Stampfl
,
D.
Marshall
,
T.
Eshrich
,
V.
Narayanan
,
J. M.
Rowell
,
N.
Newman
, and
A. J.
Freeman
,
Phys. Rev. B
65
,
245110
(
2002
).
24.
N.
Hadacek
,
M.
Sanquer
, and
J.-C.
Villégier
,
Phys. Rev. B
69
,
024505
(
2004
).
25.
E.
Gerecht
,
A. K.
Bhupathiraju
,
E. N.
Grossman
,
J.
Nicholson
,
F.
Rodriguez-Morales
,
D.
Gu
, and
K. S.
Yngvesson
, in Proceedings of the Thirteenth International Symposium on Space Terahertz Technology,
Harvard University
,
2002
.
26.
D. D.
Bacon
,
A. T.
English
,
S.
Nakahara
,
F. G.
Peters
,
H.
Schreiber
,
W. R.
Sinclair
, and
R. B.
van Dover
,
J. Appl. Phys.
54
,
6509
(
1983
).
27.
N. R.
Werthamer
,
E.
Helfand
, and
P. C.
Hohenberg
,
Phys. Rev.
147
,
295
(
1966
).
28.
A.
Semenov
,
B.
Günther
,
U.
Böttger
,
H.-W.
Hübers
,
H.
Bartolf
,
A.
Engel
,
A.
Schilling
,
K.
Ilin
,
M.
Siegel
,
R.
Schneider
,
D.
Gerthsen
, and
N. A.
Gippius
,
Phys. Rev. B
80
,
054510
(
2009
).
29.
D.
Karecki
,
R. E.
Peña
, and
S.
Perkowitz
,
Phys. Rev. B
25
,
1565
(
1982
).
30.
M.
Tazawa
,
X.
Gerbaux
,
J.
Villègier
, and
A.
Hadni
,
Int. J. Infrared Millimeter Waves
19
,
1155
1173
(
1998
).
31.
K. E.
Kornelsen
,
M.
Dressel
,
J. E.
Eldridge
,
M. J.
Brett
, and
K. L.
Westra
,
Phys. Rev. B
44
,
11882
(
1991
).
32.
M.
Dressel
,
N.
Drichko
,
B. P.
Gorshunov
, and
A.
Pimenov
,
IEEE JSTQE
14
,
399
(
2008
).
33.
M.
Scheffler
,
J. P.
Ostertag
, and
M.
Dressel
,
Opt. Lett.
34
,
3520
(
2009
).
34.
M.
Dressel
and
G.
Grüner
,
Electrodynamics of Solids
(
Cambridge University Press
,
Cambridge, England
,
2002
).
35.
B.
Mühlschlegel
,
Z. Phys. A: Hadrons Nucl.
155
,
313
(
1959
).
36.
R.
Romestain
,
B.
Delaet
,
P.
Renaud-Goud
,
I.
Wang
,
C.
Jorel
,
J.-C.
Villegier
, and
J.-P.
Poizat
,
New J. Phys.
6
,
129
(
2004
).
37.
K. S.
Il'in
,
M.
Siegel
,
A. D.
Semenov
,
A.
Engel
, and
H.-W.
Hübers
, in Institute of Physics Conference Series on Applied Superconductivity (
Institute of Physics
,
2004
), Vol.
181
, pp.
2895
2901
.
38.
M. Y.
Kupriyanov
and
V. F.
Lukichev
,
Sov. J. Low Temp. Phys.
6
(
4
),
210
(
1980
).
39.
K. K.
Likharev
,
Rev. Mod. Phys.
51
,
101
(
1979
).
40.
M.
Hofherr
,
D.
Rall
,
K.
Il'in
,
A.
Semenov
,
H.-W.
Hübers
, and
M.
Siegel
,
J. Low Temp. Phys.
167
(
5
),
822
(
2012
).
41.
L. N.
Bulaevskii
,
M. J.
Graf
,
C. D.
Batista
, and
V. G.
Kogan
,
Phys. Rev. B
83
,
144526
(
2011
).
42.
H.
Bartolf
,
A.
Engel
,
A.
Schilling
,
K.
Il'in
,
M.
Siegel
,
H.-W.
Hübers
, and
A.
Semenov
,
Phys. Rev. B
81
,
024502
(
2010
).
43.
A. N.
Zotova
and
D. Y.
Vodolazov
,
Phys. Rev. B
85
,
024509
(
2012
).
44.
K. S.
Il'in
,
I. I.
Milostnaya
,
A. A.
Verevkin
,
G. N.
Gol'tsman
,
E. M.
Gershenzon
, and
R.
Sobolewski
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
3938
(
1998
).
You do not currently have access to this content.