[發(fā)明專利]面向NV色心的氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110581418.6
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113046722B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李輝;申勝男;張正浩;沈威
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)深圳研究院
• 主分類號: C23C16/28
• 分類號: C23C16/28;C23C16/455;C23C16/02;C23C16/27
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

1.一種面向NV色心的氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)為成環(huán)覆蓋C-O-C，氧原子與表面兩個碳原子成鍵形成環(huán)結(jié)構(gòu)，氧覆蓋率為0.5ML；所述氧覆蓋結(jié)構(gòu)能完全氧化其表面，使懸鍵飽和；所述氧覆蓋金剛石表面電子親和能為1.85ev；所述氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)無表面磁性；所述氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)無禁帶中間能級；

包含如下步驟：

S1：篩選表面平整無損傷，高平行度，低粗糙度的襯底片，采用激光切割成規(guī)整片狀，進(jìn)一步拋光去除激光切割產(chǎn)生的表面碳化層和劃痕，獲得表面光滑的金剛石襯底；

S2：將處理好的金剛石(111)襯底片放入MPCVD腔室，控制襯底溫度在1000℃，MPCVD設(shè)備的微波功率調(diào)為4～6kW，甲烷和氫氣的比例為3％，腔室氣壓控制在100～500torr，同時需要通入濃度為1～5sccm的氧氣，進(jìn)行金剛石(111)薄膜的生長；

S3：繼續(xù)通入甲烷氫氣生長，同時根據(jù)NV色心需要控制比例為NH₃/H₂＝1％，摻入NH3氣體，此時仍保持S2步驟中的條件不變，十小時以后能后獲得規(guī)整的摻氮金剛石薄膜，此時仍保持S2步驟中的條件不變，停止通入氣體；

S4：待摻入N元素的金剛石薄膜生長穩(wěn)定后，控制溫度在800～900℃，氣壓小于10^-5Pa，進(jìn)行真空退火兩小時，促進(jìn)空位遷移至N元素并與N元素結(jié)構(gòu)，形成NV色心，此時獲得的樣品NV色心有較好的N取向優(yōu)勢，但表面并不平整，有較多雜質(zhì)；

S5：將制作好的樣品升高表面溫度，達(dá)到1000℃以上，高溫去除表面雜質(zhì)，半小時金剛石表面趨于光滑平整，此時即可停止高溫處理；

S6：待上一步處理后的金剛石溫度降低后，將其轉(zhuǎn)移到MBE設(shè)備當(dāng)中，進(jìn)行氧原子沉積，具體為：將溫度控制在室溫27℃，將氧氣以氣體脈沖形式間斷通入MBE設(shè)備中，直到表面吸附飽和終止，最終形成氧覆蓋金剛石表面結(jié)構(gòu)。