【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子信息科学，特别涉及一种基于碳化硅色心的声表面波器件及其制备和应用。
技术介绍
1、碳化硅是一种具有弱压电效应的宽禁带半导体材料，通常以3c-sic(立方体，钻石结构)、4h-sic(六角形)和6h-sic(六角形)的形式存在。与金刚石类似，碳化硅中也存在可操纵的固态自旋缺陷即色心。在过去十年中，两种流行的缺陷，分别为硅空位(也称为vsi)和双空位(有时称为vv)被广泛研究。相比于金刚石，碳化硅具有更加纯净的核自旋环境，从而在其中存在的色心具有更长的自旋相干时间，再加上sic具有cmos工艺兼容性，因此在集成光学、片上量子光学、量子传感、量子存储以及量子计算领域具有更加广泛的应用前景。二能级系统与应变场的耦合是通过晶体应变引起的电子能级位移。通过该方式能够实现在宏观机械系统下控制量子系统，一方面应变耦合产生独特的系统动力学如自旋压缩、或声子激光；另一方面应变耦合是系统本身固有的特性带来了决定性的技术优势。目前实现二能级系统的与应变场耦合的方式主要为将金刚石或碳化硅色心转移到简谐电场驱动的压电陶瓷上、或制备承悬臂梁机械振子以及声表面波器件。相比于传统的电磁场操纵，应变场可以直接工程化并提供与自旋直接耦合的机制，同时应变场不会产生杂散的漂移场，可以用于在远距离量子系统之间的信息传递，产生压缩自旋系综或将机械振荡器冷却到其量子基态。目前二能级系统与声场耦合局限于系综，将这样的系统推广到单自旋体系是实现集成的量子系统亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技
2、本专利技术的一种基于碳化硅色心的声表面波器件，所述声表面波器件的两电极之间设有碳化硅薄膜，其中碳化硅薄膜上设有色心。
3、进一步，所述碳化硅薄膜上设有硅空位(发光波长860nm)或者双空位(发光波长1030-1100nm)色心。
4、所述碳化硅薄膜上设有色心，其中色心为单点色心，并位于碳化硅薄膜中心；所述电极为叉指电极。
5、所述声表面波器件为saw器件。
6、本专利技术的一种基于碳化硅色心的声表面波器件的制备方法，包括：
7、(1)碳化硅色心的制备：在sicoi表面旋涂电子束光刻胶，通过电子束曝光形成含圆孔阵列图案，通过电子束辐照或者等离子注入的方式，光刻胶为模板，在sicoi上得到初步的色心阵列，洗去光刻胶、退火；
8、(2)使用宽场激光共聚焦定位装置对单点色心定位，在步骤(1)sicoi表面旋涂光刻胶，光刻曝光形成图案，然后通过干法刻蚀将光刻胶上的图形转移到sic上，去除底层埋氧层，得到碳化硅色心薄膜，然后转移到声表面波器件的电极之间，得到基于碳化硅色心的声表面波器件。
9、上述制备方法的优选方式如下：
10、所述步骤(1)中电子束光刻胶为pmma、zep520中的至少一种。
11、所述步骤(1)中含圆孔阵列图案为条形结构包围的圆孔阵列，条形部位得到的色心系综作为后续色心定位使用。
12、所述步骤(1)中电子束辐照或等离子注入量在1e11-1e15cm-2；所述等离子注入为h、he、c中的一种等离子注入。
13、所述步骤(1)中退火为300-800℃下退火20-30min。
14、所述步骤(2)中使用宽场激光共聚焦定位装置对单点色心定位，定位精度在5-10nm。
15、所述步骤(2)中去除底层埋氧层：通过光刻和刻蚀以及hf刻蚀将结构悬空。
16、所述步骤(2)中声表面波器件为saw器件。
17、所述声表面波器件的制备方法：在lnoi上通过光刻和金属剥离制备saw结构用于产生声表面波。
18、所述步骤(2)中去除底层埋氧层为通过hf干法刻蚀去除底层埋氧层。
19、所述步骤(2)中转移为使用粘性的高聚物(如聚二甲基硅氧烷(pdms)或聚乙烯醇(pva)等)从衬底上取下结构并转移至声表面波器件电极中间。
20、所述步骤(2)中得到的基于碳化硅色心的声表面波器件，通过范德瓦尔斯力将lnoi上声波产生的交变应力与色心二能级系统耦合。
21、本专利技术的一种所述基于碳化硅色心的声表面波器件在二能级系统与声场强耦合研究中的应用。
22、有益效果
23、本专利技术提供了一种基于碳化硅色心的声表面波器件的制备方法及其结构，使用本装置可以实现在单个二能级系统与声场强耦合条件下的自旋相干操纵，为后续更复杂的集成式的全片上多量子比特-声场耦合系统及色心-多场耦合系统提供思路。
24、本专利技术中首次提出采用ln为应力源通过ln平台的saw器件与sic平台的色心体系异质集成实现声场与二能级系统的强耦合，并使声波和光子之间的能量转换更加高效。此外，通过采用saw器件与色心二能级系统的耦合，可以实现更大范围、更高效率的声光转换。总之，这项工作为声光耦合领域的研究和工作提供了新的思路。
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1.一种基于碳化硅色心的声表面波器件，其特征在于，所述声表面波器件的两电极之间设有碳化硅薄膜，其中碳化硅薄膜上设有色心。
2.根据权利要求1所述声表面波器件，其特征在于，所述碳化硅薄膜上设有色心，其中色心为单点色心，并位于碳化硅薄膜中心；所述电极为叉指电极。
3.一种基于碳化硅色心的声表面波器件的制备方法，包括：
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中电子束光刻胶为PMMA、ZEP520中的至少一种。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含圆孔阵列图案为条形结构包围的圆孔阵列。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中电子束辐照或等离子注入量在1e11-1e15cm-2；所述等离子注入为H、He、C中的一种等离子注入。
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中退火为300-800℃下退火20-30min。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中声表面波器件为SAW器件。
9.根据
10.一种权利要求1所述基于碳化硅色心的声表面波器件在二能级系统与声场强耦合研究中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅色心的声表面波器件，其特征在于，所述声表面波器件的两电极之间设有碳化硅薄膜，其中碳化硅薄膜上设有色心。
2.根据权利要求1所述声表面波器件，其特征在于，所述碳化硅薄膜上设有色心，其中色心为单点色心，并位于碳化硅薄膜中心；所述电极为叉指电极。
3.一种基于碳化硅色心的声表面波器件的制备方法，包括：
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中电子束光刻胶为pmma、zep520中的至少一种。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含圆孔阵列图案为条形结构包围的圆孔阵列。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张加祥，秦源浩，欧欣，伊艾伦，朱一帆，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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