JP2016539900A - 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 - Google Patents
量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016539900A JP2016539900A JP2016532134A JP2016532134A JP2016539900A JP 2016539900 A JP2016539900 A JP 2016539900A JP 2016532134 A JP2016532134 A JP 2016532134A JP 2016532134 A JP2016532134 A JP 2016532134A JP 2016539900 A JP2016539900 A JP 2016539900A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- cvd diamond
- crystal cvd
- ppb
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 245
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 244
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title description 10
- 230000010365 information processing Effects 0.000 title description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 187
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 87
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 221
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 136
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 69
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 32
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 25
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 119
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 78
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 10
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001152 differential interference contrast microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000387 optically detected magnetic resonance Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004854 X-ray topography Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- -1 carbon ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 1
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 description 1
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/20—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation
- C30B31/22—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation by ion-implantation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/25—Diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
- C30B25/205—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer the substrate being of insulating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/68—Crystals with laminate structure, e.g. "superlattices"
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
- H01L21/042—Changing their shape, e.g. forming recesses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1602—Diamond
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
多くの点欠陥が:ケイ素空格子点欠陥(Si−V)、ケイ素複空格子点欠陥(Si−V2)、ケイ素−空格子点−水素欠陥(Si−V:H)、ケイ素−複空格子点水素欠陥(S−V2:H)などのケイ素含有欠陥;ニッケル含有欠陥;クロム含有欠陥;窒素空格子点欠陥(N−V)、二窒素空格子点欠陥(N−V−N)、および窒素−空格子点−水素欠陥(N−V−H)などの窒素含有欠陥も含めて、合成ダイヤモンド材料において研究されてきた。これらの欠陥は、典型的には、中性電荷状態でまたは負電荷状態で見出される。これらの点欠陥は、複数の結晶格子点上に拡がることに留意されたい。本明細書で使用される点欠陥という用語は、そのような欠陥を包含するが、10以上の格子点上に拡がるようなより大きいクラスタ欠陥または多くの格子点上に拡がり得る転位などの拡張欠陥を、含まないものとする。
(i)その電子スピン状態は、高忠実度によりコヒーレントに操作することができ、極めて長いコヒーレンス時間を有する(横緩和時間T2および/またはT2 *を使用して定量され比較されてもよい。);
(ii)その電子構造により、欠陥を光ポンピングしてその電子基底状態にすることが可能であり、そのような欠陥を、非極低温であっても特定の電子スピン状態に配置することが可能になる。これは、小型化が望まれるある適用例に関し、費用がかかり嵩張る極低温冷却装置の必要性を無くすことができる。さらに、欠陥は、全てが同じスピン状態を有する光子の供給源として機能することができる;および
(iii)その電子構造は、光子を通して欠陥の電子スピン状態を読み取ることが可能になる、放出性および非放出性電子スピン状態を含む。これは、磁気測定、スピン共鳴分光法、および撮像などの感知適用例で使用される合成ダイヤモンド材料から、情報を読み取るのに好都合である。さらに、長距離量子通信およびスケーラブル量子計算のキュビットとしてNV-欠陥を使用することに対する重要な要素である。そのような結果は、NV-欠陥を、固体量子情報処理(QIP:quantum information processing)の競合候補にする。
(i)合成ダイヤモンド材料の成長中の形成であって、窒素原子および空格子点が、成長中に窒素−空格子点の対として結晶格子に組み込まれる形成;
(ii)成長プロセス中に組み込まれた天然の窒素および空格子点欠陥からの、ダイヤモンド材料合成後の形成であって、その後に行われる、結晶格子内で空格子点欠陥の移行を引き起こして天然の単一置換窒素欠陥と対をなすような温度(800℃程度)での、材料のアニールによる形成;
(iii)成長プロセス中に組み込まれた天然の窒素欠陥からの、ダイヤモンド材料合成後の形成であって、空格子点欠陥が導入されるように合成ダイヤモンド材料に照射し、次いでその後に、結晶格子内で空格子欠陥の移行を引き起こして天然の単一置換窒素欠陥と対をなすような温度で材料をアニールすることによる形成;
(iv)ダイヤモンド材料合成後に、窒素欠陥を合成ダイヤモンド材料に注入し、結晶格子内で天然の空格子点欠陥の移行を引き起こして、注入された単一置換窒素欠陥と対をなすような温度で材料をアニールすることによる、ダイヤモンド材料合成後の形成;および
(v)空格子点欠陥が導入されるように合成ダイヤモンド材料を照射し、合成ダイヤモンド材料に窒素欠陥を注入し、結晶格子内で空格子点欠陥の移行を引き起こして、注入された単一置換窒素欠陥と対をなすような温度で材料をアニールすることによる、ダイヤモンド材料合成後の形成。
(i)ナノ磁気測定、広視野磁気測定、および量子処理適用例などの適用例で使用される合成ダイヤモンド材料中のNV-欠陥は、典型的には、合成ダイヤモンド材料の表面に近付く必要があり(数nm以内)、イオン注入は、表面近傍NV-欠陥を提供する有用な方法である:
(ii)イオン注入およびアニールでは、窒素イオン注入の側方位置を制御することによって、ならびに窒素イオン注入のエネルギーを制御することによりNV-欠陥の深さを制御することによって、合成ダイヤモンド表面に対して特定の側方部位にNV-欠陥を形成することが可能になるが、これは導波路および光子構造などの合成ダイヤモンド材料に形成された構造内でNV-欠陥を正確に位置決めするのに有用なものである;
(iii)任意の空格子点発生照射用量と共に窒素注入用量を制御することにより、制御された濃度のNV-欠陥を、特定の濃度を有しかつ合成ダイヤモンド材料の表面に対して特定の深さに位置付けられたNV-欠陥の層などのダイヤモンド結晶格子内の特定の部位に、導入することが可能になる;
(iv)注入およびアニールによって形成されたNV-欠陥の位置および濃度は、ダイヤモンド成長プロセスとは独立しているので、NV-欠陥を必要に応じて後で形成することができ、即ち、ホスト母材のデザインがNV-分布のデザインから連結解除される、適切なホスト材料が提供されるように、ダイヤモンド成長プロセスを最適化することが可能である。
RabeauらおよびSantoriらは、窒素注入およびアニールの動力学について論じている[Appl. Phys. Lett. 88, 023113 (2006)およびPhys. Rev. B 79, 125313 (2009)参照];
Steingertらは、超高純度{100}型IIaダイヤモンドに対し、負に帯電したNV-中心の均質層を生成するためにイオン注入を用いることにより、高感度磁気撮像を開示している[Review of Scientific Instruments 81, 043705 (2010)参照]spins in diamond”;
B.Naydenovらは、NVスピン欠陥を製作するための、800℃の温度での注入およびアニール技法を示唆しており、さらに、1000℃、1100℃、または1200℃よりも高い温度でのアニールが、NVスピン欠陥のデコヒーレンス時間を長くするよう様々な常磁性欠陥を除去するのに有利となり得ることを示唆している[Applied Physics Letters 97, 242511 (2010)];および
Fuらは、酸素雰囲気中での465℃でのNV含有ダイヤモンド材料のアニールが、サンプルの表面近傍でNV0をNV-に酸化できることを示唆している[Appl. Phys. Lett. 96, 121907 (2010)参照]。
成長状態の(as−grown)成長面を有する単結晶CVDダイヤモンド層を成長させるステップであって、成長状態の成長面の少なくとも一部が、100nm、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下の表面粗さRaを有しているステップと;
窒素を、単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面に、この成長状態の成長面を研磨することなくかつエッチングすることなく注入するステップと;
単結晶CVDダイヤモンド層をアニールして、単結晶CVDダイヤモンド層内で空格子点および/または窒素欠陥を移行させ、注入された窒素および空格子点欠陥から窒素−空格子点欠陥を形成させるステップと
を含む。
以前は、ダイヤモンド材料中に窒素−空格子点欠陥を形成するための窒素注入は、研磨された表面または誘導結合プラズマ(ICP:inductively coupled plasma)エッチングがなされた表面を通して行ってきた。研磨およびICPエッチングは共に、ダイヤモンド表面に損傷をもたらし、それが表面近傍NV-欠陥の磁気特性に悪影響を及ぼす。成長状態の成長面を研磨またはエッチングを全くせずに、単結晶CVDダイヤモンド層の成長状態の成長面への窒素注入によって、窒素−空格子点欠陥を形成することは、研磨されまたはICPエッチングがなされているがその他の点は同等である単結晶CVDダイヤモンド材料の表面への注入によって形成されたものと比較した場合、より長いスピンコヒーレンス時間を有する表面近傍NV-欠陥をもたらすことが見出された。
上述の製作方法に加え、単結晶CVDダイヤモンド構成要素について記述され、この構成要素は:
表面の少なくとも一部が、研磨またはエッチングがなされておらずかつ100nm、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下の表面粗さRaを有する成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成される、前記表面と;
NV-欠陥の層が、表面の1μm以内に配置されており、前記NV-欠陥の層が、500nm以下の厚さを有しており、前記NV-欠陥の層が、少なくとも105NV-/cm2のNV-欠陥の濃度を有している、前記NV-欠陥の層と
を含む。
次に、本発明をより良く理解するためにかつ本発明を実際にどのように実施できるかを示すために、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら単なる例として記述する。
成長状態の成長面を有する単結晶CVDダイヤモンド層を成長させるステップであって、成長状態の成長面の少なくとも一部が、100nm以下の表面粗さRaを有しているステップと;
窒素を、単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面に、この成長状態の成長面を研磨またはエッチングを全くせずに、注入するステップと;
単結晶CVDダイヤモンド層をアニールして、単結晶CVDダイヤモンド層内で空格子点および/または窒素欠陥を移行させ、注入された窒素および空格子点欠陥から窒素−空格子点欠陥を形成させるステップと
を含む。
図1は、前述の方法を例示する。出発点(図1A)は、その上に単結晶CVDダイヤモンド成長を行うよう適切に調製された、単結晶ダイヤモンド基板2である。
そのような高純度単結晶CVDダイヤモンド材料は、当技術分野で公知であるが、本発明の場合、成長プロセスは、低表面粗さの成長状態の成長面6が特に得られるように制御される。成長状態の成長面6の少なくとも一部の表面粗さRaは、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下であってもよい。
上記に関連して、「表面粗さRa」という用語(時々、「中心線平均(centre line average)」または「c.l.a.」と呼ぶ。)は、例えばBritish Standard BS 1134 Part 1およびPart 2に従い触針式表面形状測定装置により測定された、平均線からの、表面プロファイルの絶対偏差の算術平均を指すことに留意されたい。Raの数学的記述[“Tribology”, I. M. Hutchings, Pub. Edward Arnold, London, 1992, pages 8-9]は:
表面高さのガウス分布を持つ表面の場合、Rq=1.25Raである[この場合も、“Tribology”, I. M. Hutchings, Pub. Edward Arnold, London, 1992, pages 8-9より]。
低表面粗さを持つ単結晶CVDダイヤモンド材料を合成するには、合成前基板調製および合成方法の組合せを用いる。基板は、ホモエピタキシャルダイヤモンド合成で使用するのに適切な、単結晶ダイヤモンド基板である。基板は、低レベルの拡張欠陥および低レベルの研磨関連表面損傷を有するように、選択され調製される。基板は、低複屈折IaもしくはIIb型天然ダイヤモンド、または低複屈折IbもしくはIIa型高圧/高温(HPHT:high pressure/high temperature)合成ダイヤモンド、またはCVD技法を使用して成長させ次いで垂直に切断して(即ち、当初の成長方向に水平に)基板の表面を破壊する拡張欠陥を最小限に抑えた基板であってもよい。
a)約0.014cm2またはそれ以上の面積上、cm2当たり約1000またはそれ以下のX線トポグラフィによって特徴付けられる、拡張欠陥の密度;
b)約0.1mm3またはそれ以上の体積上、約1×10-4またはそれ以下の、光学的等方性;および
c)約120アーク秒またはそれ以下の、(004)反射に関する、FWHM(「半値全幅(Full Width at Half Maximum)」)X線ロッキングカーブ幅
の少なくとも1つを有する基板について記述するのに使用される。
(i)転位、積層欠陥、双晶境界などの、基板材料に固有のもの。選択された合成または天然のダイヤモンドでは、これらの結晶欠陥の密度を、mm2当たり50またはそれ以下の欠陥とすることができ、より典型的な値は、mm2当たり102欠陥であるが、その他の合成または天然の単結晶ダイヤモンド材料では、欠陥密度をmm2当たり106またはそれ以上の欠陥とすることができる。
(ii)転位構造、および研磨線に沿った「チャタートラック(chatter track)」の形をとる微小亀裂を含む、研磨から得られるものであり、それによって、基板の表面の下方に機械的に損傷を受けた層が形成される。
滑らかな成長状態の単結晶CVDダイヤモンド表面を製作するために、単結晶ダイヤモンド基板材料の結晶面に対して僅かに角度が付けられた基板成長表面を提供することが有用であることも見出された。例えば成長表面は、単結晶ダイヤモンド基板材料の{100}結晶面のような結晶面に対し、に、0.5°〜5°の間、0.5°〜3°、0.5°〜2°、または0.5°〜1.5°の間の角度で配向されてもよい。
表面下損傷が少なく低複屈折の、僅かに配向ずれした基板成長表面を、プリエッチング、および低CH4濃度の高純度プロセスガスを使用したCVDダイヤモンド合成と組み合わせて使用することにより、滑らかな成長状態の単結晶CVDダイヤモンド材料を成長させることが可能である。図2(A)および2(B)は、微分干渉コントラスト(DIC)顕微鏡法画像を倍率20×で示し、これは成長状態の単結晶CVDダイヤモンド材料の表面形態がどのように変性するのかを示している。図2(A)は、表面フィーチャを含み、したがって比較的粗い成長状態の表面を提供する、典型的な成長状態の単結晶CVDダイヤモンド表面を示す。対照的に図2(B)は、本明細書に記述される方法を使用した、成長状態の単結晶CVDダイヤモンド表面であって、実質的にフィーチャがなく、したがって非常に滑らかな成長状態の表面を提供するものを示す。図3は、RMS表面粗さが0.1nmの、滑らかな成長状態の表面の、5×5μmの面積における表面高さのプロットを示す。
代替の方法では、滑らかな低損傷の成長状態の高純度単結晶CVDダイヤモンド正面および単結晶ダイヤモンド成長基板で形成された裏面が単結晶板に設けられるように、高純度単結晶CVDダイヤモンド材料の層4を基板2上に保持することができる。
したがって上述の方法は、表面加工技法により引き起こされる結晶格子への損傷も回避しながら、不純物の形が管理されるように、結晶格子と組み合わせることができる。
したがって、撮像、感知、または量子情報処理用の、単結晶CVDダイヤモンド構成要素であって:
表面の少なくとも一部が、成長状態の研磨またはエッチングがなされておらずかつ100nm、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下の表面粗さRaを有する成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成される、前記表面と;
表面から1μm、500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以内に配置されている、NV-欠陥の層であり、前記NV-欠陥の層が、500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以下の厚さを有しており、前記NV-欠陥の層が、少なくとも105NV-/cm2、106NV-/cm2、107NV-/cm2、108NV-/cm2、109NV-/cm2、1010NV-/cm2、1011NV-/cm2、もしくは1012NV-/cm2、および/または1014NV-/cm2もしくは1013NV-/cm2以下のNV-欠陥の濃度を有する層と
を含む、構成要素が提供される。
単結晶CVDダイヤモンド構成要素は、300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有する層を含んでいてもよく、前記層は、NV-欠陥の層に対して、成長状態の表面から遠くに配置されている。
図1Fに示されるように、そのような構成要素は、突出部14を含んでいてもよく、この突出部の最外表面6は、成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成されている。
上記定義は、表面近傍NV-層および裏面高純度層を含めた2つの全く異なる層を備えたダイヤモンド構成要素を明示するが、注入およびアニール後に高純度のままでもある、成長状態の表面のすぐ隣に接するダイヤモンド材料の非常に薄い領域にもなる。いくつかの構成では、この表面層は非常に薄くなり得るので、層の窒素含量の測定値を得るのが難しい。しかし、表面層が測定可能な場合、NV-欠陥の層に対して前面の近くに配置された層が、300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有していてもよいと言うことができる。
上記に加え、滑らかな成長状態の表面への注入の使用と本明細書に記述されるアニール技法との組合せは、狭いゼロフォノン線幅の放出により表面近傍NV-欠陥の形成が可能になる。例えば、NV-欠陥は、100MHz、80MHz、60MHz、50MHz、または40MHz以下の、半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅を有していてもよい。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕単結晶CVDダイヤモンド構成要素であって、
表面の少なくとも一部が、研磨またはエッチングがなされておらずかつ100nm以下の表面粗さR a を有する成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成されている、前記表面と、
NV - 欠陥の層が、前記表面の1μm以内に配置されており、前記NV - 欠陥の層が、500nm以下の厚さを有しており、前記NV - 欠陥の層が、少なくとも10 5 NV - /cm 2 のNV - 欠陥の濃度を有している、前記NV - 欠陥の層と
を備える、単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔2〕前記表面粗さR a が、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下である、
前記〔1〕に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔3〕前記表面粗さR a を有する前記表面の部分が、少なくとも100nm 2 、500nm 2 、1μm 2 、20μm 2 、25μm 2 、100μm 2 、200μm 2 、400μm 2 、900μm 2 、2500μm 2 、10,000μm 2 、0.25mm 2 、または1mm 2 の面積を有する、
前記〔1〕または〔2〕に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔4〕前記表面が突出部を備え、前記突出部の最外表面は、成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成されている、
前記〔1〕から〔3〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔5〕前記NV - 欠陥の層が、前記表面の500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以内に配置されている、
前記〔1〕から〔4〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔6〕前記NV - 欠陥の層の厚さが、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以下である、
前記〔1〕から〔5〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔7〕前記NV - 欠陥の層内の、NV - 欠陥の濃度が、少なくとも10 6 NV - /cm 2 、10 7 NV - /cm 2 、10 8 NV - /cm 2 、10 9 NV - /cm 2 、10 10 NV - /cm 2 、10 11 NV - /cm 2 、または10 12 N/cm 2 である、
前記〔1〕から〔6〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔8〕前記NV - 欠陥の層内の、NV - 欠陥の濃度が、10 14 NV - /cm 2 または10 13 NV - /cm 2 以下である、
前記〔1〕から〔7〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔9〕前記NV - 欠陥の層内の、NV - 欠陥が、室温で、少なくとも50μs、65μs、85μs、100μs、150μs、200μs、400μs、800μs、または1000μsのスピンコヒーレンス時間T 2 を有する、
前記〔1〕から〔8〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔10〕前記NV - 欠陥の層内の、NV - 欠陥が、100MHz、80MHz、60MHz、50MHz、または40MHz以下の半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅を有する、
前記〔1〕から〔9〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔11〕前記半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅が、少なくとも10、20、30、50、75、100、500、または1000秒にわたり平均されている、
前記〔10〕に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔12〕前記半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅が、スペクトル走査回数で少なくとも10、20、30、50、75、100、500、または1000回にわたり平均されている、
前記〔10〕または〔11〕に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔13〕300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有する層をさらに備え、前記層は、前記NV - 欠陥の層に対して前記表面から遠くに配置されている、
前記〔1〕から〔12〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔14〕前記NV - 欠陥の層に対して前記表面の近くに配置されている層が、300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有する、
前記〔1〕から〔13〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔15〕前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素の裏面が、研磨またはエッチングされた単結晶CVDダイヤモンド材料を含む、
前記〔1〕から〔14〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔16〕前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、300μm、200μm、100μm、80μm、または60μm以下の厚さを有する、
前記〔1〕から〔15〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔17〕前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、2nm、5nm、10nm、100nm、1μm、10μm、20μm、30μm、または40μm以上の厚さを有する、
前記〔1〕から〔16〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔18〕前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、少なくとも0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、4.5mm、または5mmの、少なくとも1つの側方寸法を有する、
前記〔1〕から〔17〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔19〕前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、少なくとも前記NV - 欠陥の層内で、1%、0.8%、0.6%、0.4%、0.2%、0.1%、0.05%、または0.01%以下の 13 C濃度を有する、
前記〔1〕から〔18〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。
〔20〕成長状態の成長面を有する単結晶CVDダイヤモンド層を成長させるステップであって、前記成長状態の成長面の少なくとも一部が、100nm以下の表面粗さR a を有しているステップと、
窒素を、前記単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面に、前記成長状態の成長面を研磨せずに、またエッチングもせずに注入するステップと、
前記単結晶CVDダイヤモンド層をアニールして、前記単結晶CVDダイヤモンド層内で空格子点および/または窒素の欠陥を移行させ、注入された窒素および空格子点欠陥から窒素−空格子点欠陥を形成させるステップと
を含む、前記〔1〕から〔19〕までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素を製作する方法。
〔21〕選択された領域だけに前記単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面を加工して、前記表面の1つまたは複数の領域を成長状態の形態で保持しながら、その中にデバイス構造を形成するステップ
をさらに含む、前記〔20〕に記載の方法。
〔22〕前記単結晶CVDダイヤモンド層を、その中にデバイス構造が既に形成されている単結晶ダイヤモンド基板上に成長させる、
前記〔20〕に記載の方法。
〔23〕さらなる単結晶CVDダイヤモンド層を、窒素注入後の前記成長状態の成長面上に成長させるステップ
を含む、前記〔20〕から〔22〕までのいずれか1項に記載の方法。
Claims (23)
- 単結晶CVDダイヤモンド構成要素であって、
表面の少なくとも一部が、研磨またはエッチングがなされておらずかつ100nm以下の表面粗さRaを有する成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成されている、前記表面と、
NV-欠陥の層が、前記表面の1μm以内に配置されており、前記NV-欠陥の層が、500nm以下の厚さを有しており、前記NV-欠陥の層が、少なくとも105NV-/cm2のNV-欠陥の濃度を有している、前記NV-欠陥の層と
を備える、単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記表面粗さRaが、80nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm、1nm、または0.5nm以下である、
請求項1に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記表面粗さRaを有する前記表面の部分が、少なくとも100nm2、500nm2、1μm2、20μm2、25μm2、100μm2、200μm2、400μm2、900μm2、2500μm2、10,000μm2、0.25mm2、または1mm2の面積を有する、
請求項1または2に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記表面が突出部を備え、前記突出部の最外表面は、成長状態の成長面単結晶CVDダイヤモンド材料で形成されている、
請求項1から3までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層が、前記表面の500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以内に配置されている、
請求項1から4までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層の厚さが、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm、または5nm以下である、
請求項1から5までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層内の、NV-欠陥の濃度が、少なくとも106NV-/cm2、107NV-/cm2、108NV-/cm2、109NV-/cm2、1010NV-/cm2、1011NV-/cm2、または1012N/cm2である、
請求項1から6までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層内の、NV-欠陥の濃度が、1014NV-/cm2または1013NV-/cm2以下である、
請求項1から7までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層内の、NV-欠陥が、室温で、少なくとも50μs、65μs、85μs、100μs、150μs、200μs、400μs、800μs、または1000μsのスピンコヒーレンス時間T2を有する、
請求項1から8までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層内の、NV-欠陥が、100MHz、80MHz、60MHz、50MHz、または40MHz以下の半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅を有する、
請求項1から9までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅が、少なくとも10、20、30、50、75、100、500、または1000秒にわたり平均されている、
請求項10に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記半値全幅固有不均一ゼロフォノン線幅が、スペクトル走査回数で少なくとも10、20、30、50、75、100、500、または1000回にわたり平均されている、
請求項10または11に記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有する層をさらに備え、前記層は、前記NV-欠陥の層に対して前記表面から遠くに配置されている、
請求項1から12までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記NV-欠陥の層に対して前記表面の近くに配置されている層が、300ppb、200ppb、100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb、または1ppb以下の単一置換窒素濃度を有する、
請求項1から13までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素の裏面が、研磨またはエッチングされた単結晶CVDダイヤモンド材料を含む、
請求項1から14までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、300μm、200μm、100μm、80μm、または60μm以下の厚さを有する、
請求項1から15までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、2nm、5nm、10nm、100nm、1μm、10μm、20μm、30μm、または40μm以上の厚さを有する、
請求項1から16までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、少なくとも0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、4.5mm、または5mmの、少なくとも1つの側方寸法を有する、
請求項1から17までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド構成要素が、少なくとも前記NV-欠陥の層内で、1%、0.8%、0.6%、0.4%、0.2%、0.1%、0.05%、または0.01%以下の13C濃度を有する、
請求項1から18までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素。 - 成長状態の成長面を有する単結晶CVDダイヤモンド層を成長させるステップであって、前記成長状態の成長面の少なくとも一部が、100nm以下の表面粗さRaを有しているステップと、
窒素を、前記単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面に、前記成長状態の成長面を研磨せずに、またエッチングもせずに注入するステップと、
前記単結晶CVDダイヤモンド層をアニールして、前記単結晶CVDダイヤモンド層内で空格子点および/または窒素の欠陥を移行させ、注入された窒素および空格子点欠陥から窒素−空格子点欠陥を形成させるステップと
を含む、請求項1から19までのいずれかに記載の単結晶CVDダイヤモンド構成要素を製作する方法。 - 選択された領域だけに前記単結晶CVDダイヤモンド層の前記成長状態の成長面を加工して、前記表面の1つまたは複数の領域を成長状態の形態で保持しながら、その中にデバイス構造を形成するステップ
をさらに含む、請求項20に記載の方法。 - 前記単結晶CVDダイヤモンド層を、その中にデバイス構造が既に形成されている単結晶ダイヤモンド基板上に成長させる、
請求項20に記載の方法。 - さらなる単結晶CVDダイヤモンド層を、窒素注入後の前記成長状態の成長面上に成長させるステップ
を含む、請求項20から22までのいずれか1項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1320302.1 | 2013-11-18 | ||
GBGB1320302.1A GB201320302D0 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Diamond components for quantum imaging sensing and information processing devices |
PCT/EP2014/074869 WO2015071487A1 (en) | 2013-11-18 | 2014-11-18 | Diamond components for quantum imaging, sensing and information processing devices |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018052878A Division JP2018115111A (ja) | 2013-11-18 | 2018-03-20 | 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016539900A true JP2016539900A (ja) | 2016-12-22 |
JP6363195B2 JP6363195B2 (ja) | 2018-07-25 |
Family
ID=49883762
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016532134A Active JP6363195B2 (ja) | 2013-11-18 | 2014-11-18 | 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 |
JP2018052878A Abandoned JP2018115111A (ja) | 2013-11-18 | 2018-03-20 | 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018052878A Abandoned JP2018115111A (ja) | 2013-11-18 | 2018-03-20 | 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10883194B2 (ja) |
EP (1) | EP3071736B1 (ja) |
JP (2) | JP6363195B2 (ja) |
GB (2) | GB201320302D0 (ja) |
WO (1) | WO2015071487A1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019085629A (ja) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | プラズモン特性を有する窒化チタン膜及びその製造方法 |
JP2020029386A (ja) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | ダイヤモンド単結晶およびその製造方法 |
WO2022163678A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 日新電機株式会社 | ダイヤモンドセンサユニット及びダイヤモンドセンサシステム |
WO2022163677A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド磁気センサユニット及びダイヤモンド磁気センサシステム |
Families Citing this family (54)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9910104B2 (en) | 2015-01-23 | 2018-03-06 | Lockheed Martin Corporation | DNV magnetic field detector |
US10088336B2 (en) | 2016-01-21 | 2018-10-02 | Lockheed Martin Corporation | Diamond nitrogen vacancy sensed ferro-fluid hydrophone |
US10168393B2 (en) | 2014-09-25 | 2019-01-01 | Lockheed Martin Corporation | Micro-vacancy center device |
US9823313B2 (en) | 2016-01-21 | 2017-11-21 | Lockheed Martin Corporation | Diamond nitrogen vacancy sensor with circuitry on diamond |
US10338162B2 (en) | 2016-01-21 | 2019-07-02 | Lockheed Martin Corporation | AC vector magnetic anomaly detection with diamond nitrogen vacancies |
US9638821B2 (en) | 2014-03-20 | 2017-05-02 | Lockheed Martin Corporation | Mapping and monitoring of hydraulic fractures using vector magnetometers |
US9853837B2 (en) | 2014-04-07 | 2017-12-26 | Lockheed Martin Corporation | High bit-rate magnetic communication |
US10088452B2 (en) | 2016-01-12 | 2018-10-02 | Lockheed Martin Corporation | Method for detecting defects in conductive materials based on differences in magnetic field characteristics measured along the conductive materials |
US9614589B1 (en) | 2015-12-01 | 2017-04-04 | Lockheed Martin Corporation | Communication via a magnio |
US9541610B2 (en) | 2015-02-04 | 2017-01-10 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for recovery of three dimensional magnetic field from a magnetic detection system |
US9910105B2 (en) | 2014-03-20 | 2018-03-06 | Lockheed Martin Corporation | DNV magnetic field detector |
US9824597B2 (en) | 2015-01-28 | 2017-11-21 | Lockheed Martin Corporation | Magnetic navigation methods and systems utilizing power grid and communication network |
WO2015157290A1 (en) | 2014-04-07 | 2015-10-15 | Lockheed Martin Corporation | Energy efficient controlled magnetic field generator circuit |
WO2016118756A1 (en) | 2015-01-23 | 2016-07-28 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for high sensitivity magnetometry measurement and signal processing in a magnetic detection system |
WO2016122965A1 (en) | 2015-01-28 | 2016-08-04 | Lockheed Martin Corporation | In-situ power charging |
WO2016126435A1 (en) | 2015-02-04 | 2016-08-11 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for estimating absolute axes' orientations for a magnetic detection system |
WO2017078766A1 (en) | 2015-11-04 | 2017-05-11 | Lockheed Martin Corporation | Magnetic band-pass filter |
WO2017087014A1 (en) | 2015-11-20 | 2017-05-26 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for hypersensitivity detection of magnetic field |
GB2560283A (en) | 2015-11-20 | 2018-09-05 | Lockheed Corp | Apparatus and method for closed loop processing for a magnetic detection system |
GB2562958A (en) | 2016-01-21 | 2018-11-28 | Lockheed Corp | Magnetometer with a light emitting diode |
WO2017127094A1 (en) | 2016-01-21 | 2017-07-27 | Lockheed Martin Corporation | Magnetometer with light pipe |
WO2017127096A1 (en) | 2016-01-21 | 2017-07-27 | Lockheed Martin Corporation | Diamond nitrogen vacancy sensor with dual rf sources |
GB2562193B (en) | 2016-01-21 | 2021-12-22 | Lockheed Corp | Diamond nitrogen vacancy sensor with common RF and magnetic fields generator |
WO2017127090A1 (en) | 2016-01-21 | 2017-07-27 | Lockheed Martin Corporation | Higher magnetic sensitivity through fluorescence manipulation by phonon spectrum control |
US10359479B2 (en) | 2017-02-20 | 2019-07-23 | Lockheed Martin Corporation | Efficient thermal drift compensation in DNV vector magnetometry |
US10145910B2 (en) | 2017-03-24 | 2018-12-04 | Lockheed Martin Corporation | Photodetector circuit saturation mitigation for magneto-optical high intensity pulses |
US10330744B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-06-25 | Lockheed Martin Corporation | Magnetometer with a waveguide |
US10228429B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-03-12 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for resonance magneto-optical defect center material pulsed mode referencing |
US10677953B2 (en) | 2016-05-31 | 2020-06-09 | Lockheed Martin Corporation | Magneto-optical detecting apparatus and methods |
US20170343621A1 (en) | 2016-05-31 | 2017-11-30 | Lockheed Martin Corporation | Magneto-optical defect center magnetometer |
US10527746B2 (en) | 2016-05-31 | 2020-01-07 | Lockheed Martin Corporation | Array of UAVS with magnetometers |
US10345396B2 (en) | 2016-05-31 | 2019-07-09 | Lockheed Martin Corporation | Selected volume continuous illumination magnetometer |
US10408890B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-09-10 | Lockheed Martin Corporation | Pulsed RF methods for optimization of CW measurements |
US10317279B2 (en) | 2016-05-31 | 2019-06-11 | Lockheed Martin Corporation | Optical filtration system for diamond material with nitrogen vacancy centers |
US10571530B2 (en) | 2016-05-31 | 2020-02-25 | Lockheed Martin Corporation | Buoy array of magnetometers |
US10371765B2 (en) | 2016-07-11 | 2019-08-06 | Lockheed Martin Corporation | Geolocation of magnetic sources using vector magnetometer sensors |
US10274550B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-04-30 | Lockheed Martin Corporation | High speed sequential cancellation for pulsed mode |
US10338163B2 (en) | 2016-07-11 | 2019-07-02 | Lockheed Martin Corporation | Multi-frequency excitation schemes for high sensitivity magnetometry measurement with drift error compensation |
US10281550B2 (en) | 2016-11-14 | 2019-05-07 | Lockheed Martin Corporation | Spin relaxometry based molecular sequencing |
US10345395B2 (en) | 2016-12-12 | 2019-07-09 | Lockheed Martin Corporation | Vector magnetometry localization of subsurface liquids |
US9922823B1 (en) * | 2016-09-07 | 2018-03-20 | Euclid Techlabs, Llc | CVD reactor and method for nanometric delta doping of diamond |
GB201620413D0 (en) * | 2016-12-01 | 2017-01-18 | Element Six Tech Ltd | Single crystal synthetic diamond material via chemical vapour deposition |
US10459041B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-10-29 | Lockheed Martin Corporation | Magnetic detection system with highly integrated diamond nitrogen vacancy sensor |
US10379174B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-08-13 | Lockheed Martin Corporation | Bias magnet array for magnetometer |
US10371760B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-08-06 | Lockheed Martin Corporation | Standing-wave radio frequency exciter |
US10338164B2 (en) | 2017-03-24 | 2019-07-02 | Lockheed Martin Corporation | Vacancy center material with highly efficient RF excitation |
DE102017205268A1 (de) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Fertigen einer Kristallkörpereinheit für eine Sensorvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, System und Verfahren zum Erfassen einer Messgröße sowie Sensorvorrichtung |
SG11202004384YA (en) * | 2017-11-17 | 2020-06-29 | Univ Illinois | Cancer therapy by degrading dual mek signaling |
WO2020181253A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Lekavicius Ignas | Etching and thinning for the fabrication of lithographically patterned diamond nanostructures |
GB2614218B (en) | 2021-07-06 | 2024-06-19 | Element Six Tech Ltd | Single crystal diamond component and method for producing |
WO2023097361A1 (en) * | 2021-12-03 | 2023-06-08 | Quantum Brilliance Pty Ltd | Atomic scale fabrication of diamond quantum computers |
CN114941173B (zh) * | 2022-05-26 | 2023-10-10 | 曲阜师范大学 | 一种高相干金刚石氮空穴及金刚石压砧的制备与应用 |
GB2623075A (en) | 2022-10-03 | 2024-04-10 | Element Six Tech Ltd | Diamond layer on photonic circuit |
GB2623076A (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-10 | Element Six Tech Ltd | CVD diamond product |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012152617A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Element Six Limited | Diamond sensors, detectors, and quantum devices |
WO2012159896A1 (en) * | 2011-05-24 | 2012-11-29 | Element Six Limited | Diamond sensors, detectors, and quantum devices |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60135653D1 (de) | 2000-06-15 | 2008-10-16 | Element Six Pty Ltd | Einkristalldiamant hergestellt durch cvd |
GB0227261D0 (en) * | 2002-11-21 | 2002-12-31 | Element Six Ltd | Optical quality diamond material |
GB0318215D0 (en) * | 2003-08-04 | 2003-09-03 | Element Six Ltd | Diamond microelectrodes |
GB0813491D0 (en) | 2008-07-23 | 2008-08-27 | Element Six Ltd | Diamond Material |
GB0813490D0 (en) * | 2008-07-23 | 2008-08-27 | Element Six Ltd | Solid state material |
-
2013
- 2013-11-18 GB GBGB1320302.1A patent/GB201320302D0/en not_active Ceased
-
2014
- 2014-11-18 GB GB1420421.8A patent/GB2522309B/en active Active
- 2014-11-18 WO PCT/EP2014/074869 patent/WO2015071487A1/en active Application Filing
- 2014-11-18 US US15/036,617 patent/US10883194B2/en active Active
- 2014-11-18 EP EP14799170.7A patent/EP3071736B1/en active Active
- 2014-11-18 JP JP2016532134A patent/JP6363195B2/ja active Active
-
2018
- 2018-03-20 JP JP2018052878A patent/JP2018115111A/ja not_active Abandoned
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012152617A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Element Six Limited | Diamond sensors, detectors, and quantum devices |
WO2012159896A1 (en) * | 2011-05-24 | 2012-11-29 | Element Six Limited | Diamond sensors, detectors, and quantum devices |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RI S G; YOSHIDA H; YAMANAKA S; WATANABE H; TAKEUCHI D; OKUSHI H: "MISORIENTATION ANGLE DEPENDENCE OF SURFACE MORPHOLOGY IN HOMOEPITAXIAL 以下備考", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. VOL:235, NR:1-4, JPN5016011517, 1 February 2002 (2002-02-01), NL, pages PAGE(S):300 - 306 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019085629A (ja) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | プラズモン特性を有する窒化チタン膜及びその製造方法 |
JP2020029386A (ja) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | ダイヤモンド単結晶およびその製造方法 |
JP7070904B2 (ja) | 2018-08-23 | 2022-05-18 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | ダイヤモンド単結晶およびその製造方法 |
WO2022163678A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 日新電機株式会社 | ダイヤモンドセンサユニット及びダイヤモンドセンサシステム |
WO2022163677A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド磁気センサユニット及びダイヤモンド磁気センサシステム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3071736B1 (en) | 2021-11-17 |
EP3071736A1 (en) | 2016-09-28 |
GB2522309A (en) | 2015-07-22 |
GB201420421D0 (en) | 2014-12-31 |
JP6363195B2 (ja) | 2018-07-25 |
US20160348277A1 (en) | 2016-12-01 |
US10883194B2 (en) | 2021-01-05 |
JP2018115111A (ja) | 2018-07-26 |
WO2015071487A1 (en) | 2015-05-21 |
GB201320302D0 (en) | 2014-01-01 |
GB2522309B (en) | 2018-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6363195B2 (ja) | 量子撮像、感知、および情報処理デバイス用のダイヤモンド構成要素 | |
Achard et al. | Chemical vapour deposition diamond single crystals with nitrogen-vacancy centres: a review of material synthesis and technology for quantum sensing applications | |
Aharonovich et al. | Homoepitaxial growth of single crystal diamond membranes for quantum information processing | |
Castelletto et al. | Silicon carbide color centers for quantum applications | |
EP2931947B1 (en) | Synthetic diamond materials for quantum and optical applications and methods of making the same | |
Riedrich-Möller et al. | One-and two-dimensional photonic crystal microcavities in single crystal diamond | |
US9317811B2 (en) | Diamond material | |
Heyer et al. | Toward deep blue nano hope diamonds: heavily boron-doped diamond nanoparticles | |
Castelletto et al. | Quantum effects in silicon carbide hold promise for novel integrated devices and sensors | |
JP2010517263A (ja) | ダイヤモンド電子デバイス及びそれらの製造方法 | |
US20200347515A1 (en) | Synthetic diamond material | |
Achard et al. | CVD diamond single crystals with NV centres: a review of material synthesis and technology for quantum sensing applications | |
Hruszkewycz et al. | Strain annealing of SiC nanoparticles revealed through Bragg coherent diffraction imaging for quantum technologies | |
Nebel | Nitrogen-vacancy doped CVD diamond for quantum applications: A review | |
Popov et al. | Long dephasing time of NV center spins in diamond layers formed by hot ion implantation and high pressure high temperature annealing | |
Semenova et al. | Epitaxial growth of Quantum Dots on InP for device applications operating in the 1.55 µm wavelength range | |
Yang et al. | Large-scale fabrication of surface SiV− centers in a flexible diamond membrane | |
Felgen et al. | Quantum Information Technology and Sensing Based on Color Centers in Diamond | |
GB2623076A (en) | CVD diamond product | |
Zhu et al. | Structural transformation of C+ implanted diamond and lift-off process | |
Prooth et al. | Long Spin Relaxation Times in CVD‐Grown Nanodiamonds | |
GB2614218A (en) | Single crystal diamond component and method for producing | |
Tuktamyshev | Droplet Epitaxy Quantum Dots on GaAs (111) A substrates for Quantum Information Applications | |
Lotnikow | Institute of Electron Technology | |
Sekiguchi et al. | Si atom wire growth for quantum information processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170529 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20170828 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180320 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180502 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180625 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180627 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6363195 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |