原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法技术

本发明专利技术的原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法属于半导体材料生长与应用技术领域，通过在生长过程中引入过渡金属，以实现原位氮、硅杂质的高效去除，并结合短时间二次生长技术实现浅层NV色心的制备，具体步骤包括对衬底进行抛光和清洗、生长高质量金刚石外延层、生长氮掺杂的薄层金刚石等步骤。本申请选用无毒、易挥发及廉价的金属源溶液通过氢气载入MPCVD腔体或者原位放置金属颗粒实现氮、硅等杂质的原位去除。为制备满足半导体器件、量子器件以及光学器件应用要求的SCD提供了新的方案。同时，使用过渡金属源的方法具有成本低、效果好的优点，有利于大面积开展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体材料生长与应用，具体涉及一种金刚石单晶浅层金刚石量子传感器外延生长方法，特别涉及一种高纯度金刚石单晶的生长方法。

技术介绍

1、金刚石nv色心是由1个氮原子取代了金刚石晶格中1个碳原子，并与邻近碳空位构成的晶格缺陷结构。nv色心沿着“氮原子-空位”的连接方向具有对称性(nv色心轴向)。相比于其他材料的缺陷，nv色心具有优异的室温量子特性、长相干时间、兼容微纳加工等优势，成为芯片化高精度传感器
发展的新方向。目前，已经被广泛应用于磁场、电场、温度、角速度等多种物理量的测量，在航空航天、深空探测、生命科学等学科领域应用越来越深入。nv色心存在于天然和人工合成的金刚石中。但是这些自然形成的nv色心在金刚石中随机分布，从而限制了其实际应用。通常，需要相对较高的nv浓度来提高灵敏度和信噪比。然而，这种方法不可避免地会缩短nv中心的自旋相干时间。此外，许多高灵敏度或纳米级传感应用都需要浅nv中心，因为传感器和分析物之间的磁偶极耦合是与距离的三次方成反比。近年来，人们开发了多种方法来实现性能良好的nv。n离子注入后进行高温退火可以在特定区域产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，通过在生长过程中引入过渡金属，以实现原位氮、硅杂质的高效去除，并结合短时间二次生长技术实现浅层NV色心的制备，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，其特征在于，步骤S1所述的高质量单晶金刚石材料为天然金刚石、拼接生长或者异质外延生长的金刚石自支撑衬底中的任一种，厚度为10nm～10mm，抛光后表面粗糙度为nm量级。

3.根据权利要求1所述的一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，其特征在于，步骤S2中生长的高质量金刚石外延层(2)的厚...

【技术特征摘要】

1.一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，通过在生长过程中引入过渡金属，以实现原位氮、硅杂质的高效去除，并结合短时间二次生长技术实现浅层nv色心的制备，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，其特征在于，步骤s1所述的高质量单晶金刚石材料为天然金刚石、拼接生长或者异质外延生长的金刚石自支撑衬底中的任一种，厚度为10nm～10mm，抛光后表面粗糙度为nm量级。

3.根据权利要求1所述的一种原位杂质调控的浅层金刚石量子传感器的外延生长方法，其特征在于，步骤s2中生长的高质量金刚石外延层(2)的厚度为10nm～10mm，沉积scd过程中采用过渡金属颗粒直接刻蚀法或是通过鼓泡法携带气体添加过渡金属有机溶液，过渡金属在等离子体中与氮相关基团反应形成难熔的氮化物，并跟随气流被抽取出腔体；所述的过渡金属选自fe、co、ni或ti。

4.根据权利要求1所述的一种原位杂质调控的浅层金刚石量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柳暗，董秋雯，林旺，王启亮，吕宪义，邹广田，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：