一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计及其制备方法，属于固态磁强计的制备技术领域。本发明专利技术固态磁强计是在M/NEMS工艺基础上，引入超表结构透镜以实现激光的准直聚焦，利用N型<100>硅晶面各向异性湿法腐蚀的特性，结合ALD薄膜淀积及倒装焊，实现荧光的高效收集，具有工艺可操作性强，便于批量化等显著优点；同时采用超表结构透镜代替传统的物镜，以实现激发激光的准直聚焦。本发明专利技术的固态磁强计通过M/NEMS工艺在N型<100>硅片上实现硅的各向异性腐蚀，形成荧光反射面，同时镀以复合膜系结构，在实现荧光高反射的同时，对高反射膜进行有效保护。反射膜进行有效保护。反射膜进行有效保护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计及其制备方法


[0001]本专利技术属于固态磁强计的制备
，涉及一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于NV色心的固态磁强计具有纳米量级的空间分辨率和微特斯拉的磁灵敏度，可实现超高精度的磁探测，同时，NV原子磁强计具有体积小、稳定度高、启动时间快、可高度集成等潜在巨大优势，受到广泛关注。
[0003]基于NV色心的固态磁强计基本原理为：NV色心受特定波长激光激发和磁场作用下，在频率为2.87GHz的微波调制下电子自旋共振的塞曼分裂程度反映出磁场的矢量信息。目前已有相关专利对此进行了论述，如专利CN108983121 A和专利CN108732518A等，虽然进行了卓有成效的研究，但其荧光收集效率受到结构设计方面的影响，致使NV色心块体侧壁的荧光无法收集，同时由于物镜等的存在，造成整个系统的体积较大，进而造成后续量产时的高成本及较低的测量精度。荧光收集效率是影响金刚石NV色心磁强计灵敏度的关键因素之一，轻量化、高集成度是未来NV色心磁强计走向实用化的必然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计，其特征在于，所述固态磁强计从下到上依次包括超表结构透镜(S1)、改进的含有反射面的硅凹槽(S2)、改进的含有NV色心的金刚石(S3)、微波天线(S4)，其中改进的含有反射面的硅凹槽(S2)、改进的含有NV色心的金刚石(S3)和微波天线(S4)可实现一体化集成；所述固态磁强计还包括在基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计的使用过程中与荧光收集装置相连的光电探测器(S5)；所述超表结构透镜(S1)包括衬底和在衬底上制备的超原子结构阵列；所述一体化集成是指将含有NV色心微纳结构的金刚石(S3)通过倒装焊精确定位后，固定于改进的含有反射面的硅凹槽(S2)上，同时将微波天线(S4)通过M/NEMS方法直接成型于改进的含有NV色心的金刚石(S3)表面；所述改进的含有反射面的硅凹槽(S2)包括N型<100>硅片、在所述N型<100>硅片上形成的倾斜反射面、高反射膜和保护膜。2.根据权利要求1所述的固态磁强计，其特征在于，所述超表结构透镜(S1)按照如下方法制备：首先通过等离子体增强化学的气相沉积法在衬底上生长无定形硅或通过磁控溅射的方式在衬底上形成TiO2薄膜，然后将所述无定形硅或TiO2薄膜通过微纳加工的方法在衬底上形成超原子结构阵列；所述衬底为石英玻璃。3.根据权利要求1所述的固态磁强计，其特征在于，所述改进的含有反射面的硅凹槽(S2)按照如下方法制备：(1)在N型<100>硅片上依次生长SiO2层及Si3N4层形成掩膜层，通过光刻和刻蚀的方法开出硅杯窗口；(2)在所述硅杯窗口处通过湿法腐蚀形成倒梯形的凹槽，形成具有四个倾斜反射面(S
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)；(3)继续通过干法腐蚀和湿法腐蚀去除掉所述N型<100>硅片表面的掩膜层；(4)在所述倾斜反射面(S
21
)上通过原子沉积法或磁控溅射法依次生长Cr、Au、Ag、Al2O3或SiO2中的任意一种或多种材料复合以形成高反射膜和保护膜，从而形成改进的含有反射面的硅凹槽(S2)。4.根据权利要求3所述的固态磁强计，其特征在于，所述高反射膜能够反射波长为630～800nm的荧光；所述保护膜的作用是保护所述高反射膜。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚正国，袁仁鹏，曾森，刘婧妍，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：