KR20230089712A - Manufacturing Method for Nano-Hole Shadow Mask and Manufacturing Method for Manufacturing Single Color Center Array Using the Same - Google Patents

Manufacturing Method for Nano-Hole Shadow Mask and Manufacturing Method for Manufacturing Single Color Center Array Using the Same Download PDF

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석재권
전혜란
양인목
황용석
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Abstract

단일 색 중심 배열(single color center array) 제작용 셰도우 마스크의 제조 방법으로서, 셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계; 및 상기 금속 박막에 집속 이온빔을 조사하여 나노 홀을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 나노 홀의 크기가 290 내지 320㎚이하인, 셰도우 마스크의 제조 방법과 상기 제조된 셰도우 마스크를 비전도성 무기물 결정의 시료상에 위치시키는 단계;상기 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정의 시료에 이온빔을 조사하여 격자 결함(lattice defect)을 형성하는 단계; 상기 격자 결함이 형성된 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정 시료에 저선량 이온빔을 조사하여 색 중심을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계;를 포함하는, 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법에 관한 것이다.A method of manufacturing a shadow mask for manufacturing a single color center array, comprising: attaching a metal thin film to a shadow mask frame; and forming nano holes by irradiating the metal thin film with a focused ion beam, wherein the size of the nano holes is 290 to 320 nm or less, a method for manufacturing a shadow mask, and the prepared shadow mask is a sample of non-conductive inorganic crystals. Step of positioning on the shadow mask; Forming a lattice defect (lattice defect) by irradiating an ion beam to the sample of the non-conductive inorganic crystal where the shadow mask is located; forming a color center by irradiating a low-dose ion beam to a non-conductive inorganic crystal sample on which the shadow mask having the lattice defect is located; It relates to a method for manufacturing a single color center array, including; and heat-treating.

Description

나노 홀 셰도우 마스크의 제조 방법 및 이를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조 방법{Manufacturing Method for Nano-Hole Shadow Mask and Manufacturing Method for Manufacturing Single Color Center Array Using the Same}Manufacturing Method for Nano-Hole Shadow Mask and Manufacturing Method for Manufacturing Single Color Center Array Using the Same}

본 발명은 나노 홀 셰도우 마스크 제조 방법 및 나노 홀 셰도우 마스크와 저선량 조사법을 이용한 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nano hole shadow mask and a method for manufacturing a single color center array using a nano hole shadow mask and a low dose irradiation method.

색 중심은 비전도성 무기물 결정 내에 존재하는 결함들로, 이들 결함에 생기는 전자의 에너지 준위 차이를 통해 발광을 한다. 매우 다양한 종류의 색 중심들이 연구되었는데, 양자광학에서 가장 널리 쓰이는 것은 다이아몬드 내에 존재하는 질소-빈자리 색 중심(nitrogen-vacancy color center, NV color center)이다. 이는 다이아몬드 결정 내에서 쉽게 발견 되는 결함으로, 탄소의 빈자리 옆에 질소 원자가 위치 했을 때 형성된다.Color centers are defects that exist in non-conductive inorganic crystals, and light is emitted through the energy level difference of electrons generated in these defects. A wide variety of color centers have been studied, and the most widely used in quantum optics is the nitrogen-vacancy color center (NV color center) existing in diamond. It is a defect that is easily found in diamond crystals and is formed when a nitrogen atom is placed next to a carbon vacancy.

이러한 다이아몬드 내의 점 결함인 색 중심(color center)을 통해 상온에서 전자 스핀의 다양한 양자 상태를 제어할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 색 중심은 이상적인 단일광자 광원의 제조 및 차세대 양자 정보 통신의 재료로 각광받고 있다. 특히, 색 중심을 양자컴퓨터의 최소 정보처리 단위인 큐비트(Qubit: quantum bit)로 활용하려는 연구가 활발히 진행중에 있다. Since the color center, a point defect in diamond, can control various quantum states of electron spin at room temperature, the color center of diamond is in the spotlight as a material for manufacturing an ideal single-photon light source and next-generation quantum information communication. there is. In particular, research to utilize the color center as a quantum bit (Qubit), the minimum information processing unit of a quantum computer, is actively underway.

색 중심은 이온 빔을 다이아몬드에 주입하여 제작한다. 하나의 원자를 원하는 지점에 주입할 수 있어야 하며, 주입하는 지점은 배열(array)의 형태로 구현하는 것이 소자로 제작하기에 유리하다. 따라서 단일 색 중심 배열(single color center array) 제작기술은 색 중심 기반 큐비트 구현의 핵심이라고 할 수 있다.The color center is fabricated by implanting an ion beam into the diamond. It is necessary to be able to inject one atom into a desired point, and it is advantageous to manufacture a device if the injecting point is implemented in the form of an array. Therefore, single color center array fabrication technology can be said to be the core of color center-based qubit implementation.

그러나 색 중심 기반의 양자 기술을 통해 상온에서의 전자 스핀의 양자 상태 제어가 용이함에도 불구하고, 색 중심 기반 양자 기술이 산업적으로 널리 중용되고 있지 않은데, 그 이유는 소자 제작의 난이도가 높기 때문이다. However, although it is easy to control the quantum state of electron spin at room temperature through the color center-based quantum technology, the color center-based quantum technology is not widely used industrially because of the high difficulty of device fabrication.

단일 색 중심 배열을 제작하기 위하여 종래에는 single ion implantation 기술이나 나노패터닝과 초저선량 이온빔 조사법을 조합한 방법을 사용하고 있었다. Single ion implantation 기술은 AFM (Atomic Force Microscopy)의 cantilever에 작은 구멍을 뚫고, 그 구멍에 이온빔을 스윕하여 일정 확률로 이온 하나만 원하는 위치에 주입하는 기술이다. 이 기술은 위치와 관련하여 높은 정확도를 가지고 있지만 다수의 단일 색 중심 배열을 제작하기에는 많은 시간과 노력이 필요하다. Conventionally, in order to fabricate a single color center array, a single ion implantation technique or a method combining nanopatterning and ultra-low dose ion beam irradiation has been used. Single ion implantation technology is a technology that drills a small hole in the cantilever of AFM (Atomic Force Microscopy), sweeps an ion beam through the hole, and implants only one ion at a desired location with a certain probability. Although this technique has high positional accuracy, it takes a lot of time and effort to fabricate many single color center arrays.

한편, 나노패터닝과 저선량 이온빔 조사법을 조합한 방법은 먼저 다이아몬드를 전자빔 리소그래피(electron beam lithography)나 광 리소그래피(photo lithography)를 이용하여 지름이 수십 내지 수백 nm의 원형 패턴 배열(array)을 제작하고, 이후 에칭 공정을 통하여 원형 패턴이 없는 다이아몬드 부분을 계속 식각하여 최종적으로는 다수의 다이아몬드 원기둥 배열이 제작된다. 여기에 저선량 이온빔을 주입하면 다이아몬드 원기둥에 일정한 확률로 이온 하나만 주입이 되는 것이 가능하고 이를 활용하여 단일 색 중심 배열을 제작하는 방법이다. 이 방법은 다이아몬드 원기둥 배열을 제작하는데 오래 시간이 소요되고, 광학계를 구성하기 어렵다는 단점이 있다.On the other hand, in a method combining nanopatterning and low-dose ion beam irradiation, a circular pattern array having a diameter of tens to hundreds of nm is first prepared by using electron beam lithography or photolithography on diamond, Thereafter, the diamond portion without a circular pattern is continuously etched through an etching process, and finally, a plurality of diamond columnar arrays are produced. If a low-dose ion beam is injected here, it is possible to inject only one ion into a diamond cylinder with a certain probability, and it is a method of manufacturing a single color center array using this. This method has disadvantages in that it takes a long time to manufacture the diamond cylinder array and it is difficult to construct an optical system.

이에 종래 기술의 문제점을 해결하고 단 시간내 단일 색 중심 배열의 제작을 가능하게 하는 보다 간편한 단일 색 중심 배열의 제조 공정 기술이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a simpler single-color centered array manufacturing process technology that solves the problems of the prior art and enables the manufacture of a single-color centered array within a short period of time.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 단일 색 중심 배열(single color center array) 제작용 셰도우 마스크 및 및 이를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조 방법으로서, 셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계; 및 상기 금속 박막에 집속 이온빔을 조사하여 나노 홀을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 나노 홀의 크기가 290 내지 320㎚이하인, 셰도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a shadow mask for manufacturing a single color center array and a method for manufacturing a single color center array using the same, comprising: attaching a metal thin film to a shadow mask frame; and irradiating the metal thin film with a focused ion beam to form nano holes. It provides a method for manufacturing a shadow mask, wherein the size of the nano-holes is 290 to 320 nm or less.

또한, 상기 제조 방법에 따라 제조된 셰도우 마스크를 비전도성 무기물 결정의 시료상에 위치시키는 단계; 상기 셰도우 마스크가 위치한 다이아몬드 시료에 이온 빔을 조사하여 격자 결함(lattice defect)을 형성하는 단계; 상기 격자 결함이 형성된 셰도우 마스크가 위치한 다이아몬드 시료에 저선량 이온빔을 조사하여 색 중심을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계;를 포함하는, 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법을 제공한다.In addition, placing the shadow mask manufactured according to the manufacturing method on the sample of non-conductive inorganic crystals; irradiating an ion beam to the diamond sample where the shadow mask is located to form a lattice defect; forming a color center by irradiating a diamond sample with a low-dose ion beam on which the shadow mask having the lattice defects is located; And heat treatment; provides a method of manufacturing a single color center array, including a.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 단일 색 중심 배열(single color center array) 제작용 셰도우 마스크의 제조 방법으로서, 셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계; 및 상기 금속 박막에 집속 이온빔을 조사하여 나노 홀을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 나노 홀의 크기가 290 내지 320㎚이하인, 셰도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a shadow mask for manufacturing a single color center array, comprising: attaching a metal thin film to a shadow mask frame; and forming nano-holes by irradiating the metal thin film with a focused ion beam, wherein the nano-holes have a size of 290 to 320 nm or less.

상기 금속 박막의 금속은 구리, 철, 니켈, 크롬, 코발트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The metal of the metal thin film may include at least one selected from the group consisting of copper, iron, nickel, chromium, cobalt, and mixtures thereof.

상기 금속 박막의 두께는 2 내지 4㎛인 것일 수 있다.The metal thin film may have a thickness of 2 to 4 μm.

상기 집속 이온빔의 조사 에너지는 5 내지 30 keV인 것일 수 있다.An irradiation energy of the focused ion beam may be 5 to 30 keV.

본 발명의 다른 일 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 셰도우 마스크를 비전도성 무기물 결정의 시료 상에 위치시키는 단계; 상기 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정의 시료에 이온빔을 조사하여 격자 결함(lattice defect)을 형성하는 단계; 상기 격자 결함이 형성된 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정의 시료에 저선량 이온빔을 조사하여 색 중심을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, placing a shadow mask manufactured according to the present invention on a sample of non-conductive inorganic crystals; forming a lattice defect by irradiating an ion beam to a sample of non-conductive inorganic crystal where the shadow mask is located; forming a color center by irradiating a low-dose ion beam to a sample of a non-conductive inorganic crystal on which the shadow mask having the lattice defect is located; And heat treatment step; may be to include.

상기 비전도성 무기물 결정 시료는 다이아몬드 또는 탄화 규소인 것일 수 있다.The non-conductive inorganic crystal sample may be diamond or silicon carbide.

상기 격자 결함을 형성하는 단계에서 이온빔의 이온은 탄소, 헬륨 및 네온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.In the step of forming the lattice defect, ions of the ion beam may include at least one selected from the group consisting of carbon, helium, and neon.

상기 이온빔의 조사량은 1014 내지 1016 ions/㎠인 것일 수 있다.An irradiation amount of the ion beam may be 10 14 to 10 16 ions/cm 2 .

상기 격자 결함은 탄소 빈자리 또는 실리콘 빈자리인 것일 수 있다.The lattice defects may be carbon vacancies or silicon vacancies.

상기 색 중심을 형성하는 단계에서 저선량 이온빔은 질소, 규소 및 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.In the step of forming the color center, the low-dose ion beam may include at least one selected from the group consisting of nitrogen, silicon, and germanium.

상기 저선량 이온빔은 조사량은 1 x 108 내지 1 x 1010 ions/㎠ 인 것일 수 있다.The low-dose ion beam may have an irradiation amount of 1 x 10 8 to 1 x 10 10 ions/cm 2 .

상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔 및 상기 색 중심을 형성하는 단계에서의 저선량 이온빔의 조사 각도는 6도 이하인 것일 수 있다.An irradiation angle of the ion beam in the forming of the lattice defect and the low-dose ion beam in the forming of the color center may be 6 degrees or less.

본 발명의 나노 홀 셰도우 마스크의 제조 방법 및 이를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조 방법에 따르면, 금속 박막에 집속이온빔을 조사하는 간단한 공정을 통해 나노 홀 셰도우 마스크를 제조하고 이를 무기질 결정 시료에 적용함으로써, 무기물 결정 시료의 식각 등 별도의 추가적인 공정 없이 빠른 시간 내에 정확하고 간단하게 단일 색 중심 배열을 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기와 같이 제조된 단일 색 중심 배열은 양자컴퓨터와 양자센서로의 산업적 활용이 가능한 효과가 있다.According to the method of manufacturing a nano hole shadow mask and the method of manufacturing a single color center array using the same of the present invention, a nano hole shadow mask is prepared through a simple process of irradiating a metal thin film with a focused ion beam and applied to an inorganic crystal sample, There is an effect of forming a single color center array accurately and simply in a short time without a separate additional process such as etching of an inorganic crystal sample. In addition, the single color center array prepared as described above has an effect that can be used industrially as a quantum computer and a quantum sensor.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 홀 셰도우 마스크의 제조 과정을 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일 색 중심 배열의 제조 과정을 나타낸 도시이다.
도 3a 내지 도 3d는 실시예 1에 따라 제조된 나노 홀 셰도우 마스크를 단면도 및 평면도를 나타낸 도시이다.
도 4는 실시예 2에 따라 제조된 다이아몬드 시료 내의 단일 색 중심 배열을 확인하기 위한 PL mapping 결과이다.
도 5는 탄소 빈자리의 양에 따른 질소-빈자리 색 중심의 PL 특성을 나타낸 도시이다.
1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a nano hole shadow mask according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a single color center array according to an embodiment of the present invention.
3A to 3D are cross-sectional and plan views of a nano hole shadow mask manufactured according to Example 1;
4 is a PL mapping result for confirming a single color center arrangement in a diamond sample prepared according to Example 2.
5 is a diagram showing the PL characteristics of the nitrogen-vacancy color center according to the amount of carbon vacancies.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명인 나노 홀 셰도우 마스크의 제조 방법 및 이를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조 방법에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method of manufacturing a nano hole shadow mask and a method of manufacturing a single color center array using the method of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. Explain.

본 발명에 일 실시형태에 따른 나노 홀 셰도우 마스크의 제조 방법은 단일 색 중심 배열(single color center array) 제작용 셰도우 마스크의 제조 방법으로서, 셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계; 및 상기 금속 박막에 집속 이온빔을 조사하여 나노 홀을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 나노 홀의 크기가 290 내지 320㎚이하인, 셰도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.A method of manufacturing a nano hole shadow mask according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a shadow mask for manufacturing a single color center array, comprising the steps of attaching a metal thin film to a shadow mask frame; and forming nano-holes by irradiating the metal thin film with a focused ion beam, wherein the nano-holes have a size of 290 to 320 nm or less.

상기 셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계에서 셰도우 마스크 프레임으로는 강철, 알루미늄과 같은 금속 재료, 금속의 합금, 폴리카보네이트 등과 같은 기능성 폴리머, 유리 재료, 세라믹 재료 등을 사용할 수 있으나, 프레임의 재료는 집속이온빔이 조사되는 금속 박막의 면적을 안정적으로 확보할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.In the step of attaching the metal thin film to the shadow mask frame, metal materials such as steel and aluminum, metal alloys, functional polymers such as polycarbonate, glass materials, ceramic materials, etc. may be used as the shadow mask frame, but the material of the frame is not particularly limited as long as it can stably secure the area of the metal thin film to which the focused ion beam is irradiated.

상기 부착은 용접, 접착제, 접착 테이프 등을 이용하여 간단하게 부착할 수 있으며, 셰도우 마스크 프레임과 금속 박막의 부착력을 확보할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The attachment can be simply attached using welding, adhesive, adhesive tape, etc., and is not particularly limited as long as it can secure the adhesion between the shadow mask frame and the metal thin film.

상기 금속 박막의 금속은 구리, 철, 니켈, 크롬, 코발트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속 박막은 나노 홀을 형성하기 위해 높은 에너지의 이온빔이 지속적으로 조사되더라도 손상되지 않고 반복적으로 사용할 수 있는 것이라면, 이에 제한되지 않고 적용될 수 있다.The metal of the metal thin film may include at least one selected from the group consisting of copper, iron, nickel, chromium, cobalt, and mixtures thereof. The metal thin film may be applied without being limited thereto, as long as it is not damaged and can be repeatedly used even when continuously irradiated with high-energy ion beams to form nano-holes.

상기 금속 박막의 두께는 2 내지 4㎛, 바람직하게는 2.5 내지 3.5㎛이하인 일 수 있다. 상기 금속 박막의 두께가 상기 수치범위의 상한치를 초과하는 경우, 나노 사이즈 크기의 구멍을 제작이 어려워지는 문제가 생길 수 있고, 상기 하한치에 미달되는 경우 박막이 너무 얇아 취급에 어려움이 있을 수 있다. The thickness of the metal thin film may be 2 to 4 μm, preferably 2.5 to 3.5 μm or less. If the thickness of the metal thin film exceeds the upper limit of the numerical range, it may be difficult to manufacture nano-sized holes, and if the thickness is less than the lower limit, the thin film may be too thin and difficult to handle.

나노 홀 쉐도우 마스크의 제작, 즉 쉐도우 마스크에 나노홀을 형성하기 위해서는 2 내지 4㎛ 이하의 두께를 가진 금속 박막을 쉐도우 마스크에 부착하고, 집속 이온빔 또는 이온밀링 기술을 이용하여 부착된 금속 박막의 두께를 1㎛ 이하로 얇게 만든 후 집속 이온빔을 조사하여 제작할 수 있다.In order to manufacture a nano-hole shadow mask, that is, to form nano-holes in the shadow mask, a metal thin film having a thickness of 2 to 4 μm or less is attached to the shadow mask, and the thickness of the metal thin film attached using a focused ion beam or ion milling technology. It can be manufactured by making it thin to 1 μm or less and then irradiating a focused ion beam.

상기 금속 박막의 두께와 셰도우 마스크에 형성되는 나노 홀의 지름 비율은 8:1 내지 12:1, 바람직하게는 9:1 내지 11:1일 수 있다. 금속 박막의 두께와 셰도우 마스크에 형성되는 나노 홀의 지름 비율이 상기 상한치를 초과하면, 집속이온빔을 조사하여 금속 박막에 나노 홀을 형성하는 과정에서 집속이온빔에 의해 제거된 금속 박막 파편이 상기 나노 홀 구멍의 벽면에 쌓이는 재퇴적(redeposition) 현상이 일어날 수 있고, 이에 따라 나노 홀의 지름이 의도한 크기보다 작아지게 되어 단일 색 중심 배열을 형성하기 위한 저선량 이온빔을 조사하는 공정에서 저선량 이온빔이 나노 홀을 통과하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 또한, 금속 박막의 두께와 셰도우 마스크에 형성되는 나노 홀의 지름 비율이 상기 하한치에 미달되면, 나노 홀 자체가 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.A ratio of the thickness of the metal thin film to the diameter of the nanohole formed in the shadow mask may be 8:1 to 12:1, preferably 9:1 to 11:1. If the ratio of the thickness of the metal thin film and the diameter of the nanoholes formed in the shadow mask exceeds the upper limit, the fragments of the metal thin film removed by the focused ion beam in the process of forming nanoholes in the metal thin film by irradiating the focused ion beam are scattered through the nanohole holes. In the process of irradiating the low-dose ion beam to form a single color center array, the low-dose ion beam passes through the nano-holes because the diameter of the nano-holes becomes smaller than the intended size. There may be cases where you cannot. In addition, if the ratio of the thickness of the metal thin film and the diameter of the nanoholes formed in the shadow mask is less than the lower limit, a problem in that the nanoholes themselves may not be formed may occur.

상기 집속 이온빔(focused ion beam, FIB)은 갈륨, 네온, 헬륨, 세슘, 프랑슘, 루비듐, 인 및 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 이온 소스를 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 갈륨 이온을 포함하는 것일 수 있다. 일반적인 금속의 경우에는 녹는점이 매우 높기 때문에 높은 전류를 가해 주어야 녹일 수 있고, 고체상태에서는 원자간의 결합력이 매우 강하기 때문에 외부에서 아무리 강한 전기장을 걸어주어도 이온을 방출시키는 것은 용이하지 않을 수 있다. 반면, 갈륨은 녹는점이 상온 근처에 있기 때문에 전류를 조금만 흘려주어도 쉽게 녹아 이온을 방출할 수 있다.The focused ion beam (FIB) may include at least one ion source selected from the group consisting of gallium, neon, helium, cesium, francium, rubidium, phosphorus, and potassium. may include In the case of general metals, since their melting point is very high, a high current must be applied to melt them. In a solid state, the bonding force between atoms is very strong, so it may not be easy to release ions even if an external electric field is applied. On the other hand, since gallium has a melting point near room temperature, it can easily melt and release ions even when a small amount of current flows.

상기 집속 이온빔의 조사 에너지는 2 내지 40 keV, 바람직하게는 5 내지 30 keV인 것일 수 있다. 상기 집속 이온빔의 조사 에너지가 상기 수치범위 내의 값을 가지는 경우, 나노 홀의 정밀한 제작이 가능해져 제작 효율이 증가되는 효과가 있다.The irradiation energy of the focused ion beam may be 2 to 40 keV, preferably 5 to 30 keV. When the irradiation energy of the focused ion beam has a value within the numerical range, it is possible to precisely manufacture nano-holes, thereby increasing manufacturing efficiency.

상기 집속 이온빔이 조사되어 형성된 나노 홀은 그 크기가 290 내지 320㎚일 수 있고, 바람직하게는 295 내지 305㎚일 수 있다. 더 얇은 두께의 금속 박막을 적용함으로써 상기 홀의 크기를 300㎚ 이하로 제작할 수도 있으며, 상기 집속 이온빔을 통해 금속 박막의 두께를 조절할 수 있다. The nanoholes formed by irradiation of the focused ion beam may have a size of 290 to 320 nm, preferably 295 to 305 nm. The size of the hole may be manufactured to 300 nm or less by applying a thinner metal thin film, and the thickness of the metal thin film may be adjusted through the focused ion beam.

본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 홀 셰도우 마스크를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조 방법은 상기 셰도우 마스크의 제조 방법에 따라 제조된 셰도우 마스크를 비전도성 무기물 결정의 시료상에 위치시키는 단계; 상기 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정의 시료에 이온빔을 조사하여 격자 결함(lattice defect)을 형성하는 단계; 상기 격자 결함이 형성된 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정 시료에 저선량 이온빔을 조사하여 색 중심을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계;를 포함하는, 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법을 제공한다.A method of manufacturing a single color center array using a nano hole shadow mask according to an embodiment of the present invention includes placing the shadow mask manufactured according to the shadow mask manufacturing method on a sample of non-conductive inorganic crystals; forming a lattice defect by irradiating an ion beam to a sample of non-conductive inorganic crystal where the shadow mask is located; forming a color center by irradiating a low-dose ion beam to a non-conductive inorganic crystal sample on which the shadow mask having the lattice defect is located; And heat-treating; provides a method of manufacturing a single color center array, including a.

색 중심(color center)이란, 비전도성 무기물 결정 내 구조상의 결함(defect)이다. 고체 결정에는 원자가 규칙적으로 배열해 있는데, 기존에 원자가 존재하는 위치에 원자가 없거나 다른 원자로 치환되면 그것은 결정의 결함이 되고, 그 결함 자체가 특정 색깔의 빛을 흡수하는 원인이 될 때 그 결함을 색 중심이라 한다. 색 중심은 인공적으로 만들어 낼 수도 있다. 전자나 중성자 등 입자를 결정에 부딪치거나 혹은 감마선과 같은 강력한 전자파를 결정 구조에 조사하여 그 충격으로 결정 격자(crystal lattice)에 결함을 만들면, 그 결함들은 색 중심이 될 수 있다. A color center is a structural defect in a non-conductive inorganic crystal. Atoms are regularly arranged in a solid crystal. If an atom is not present in a position where an atom already exists or is substituted with another atom, it becomes a defect in the crystal. It is called The color center can also be created artificially. When particles such as electrons or neutrons strike a crystal or when strong electromagnetic waves such as gamma rays are irradiated to the crystal structure and the impact creates defects in the crystal lattice, the defects can become color centers.

색 중심을 형성할 수 있는 대표적인 비전도성 무기물 결정 격자로는 다이아몬드와 탄화규소(SiC)를 들 수 있다. 다이아몬드는 탄소원자가 규칙적으로 배열되어 있는 결정체인데, 다른 결정구조와 마찬가지로 여러 가지 결함이 존재할 수 있고, 구체적으로 결정 구조상의 탄소 원자가 빠져 빈자리(vacancy)를 형성할 수 있다. 어떤 탄소 원자는 다른 원자, 특히 질소 원자로 치환될 수 있는데, 질소 원자는 탄소 원자에 비하여 최외각 전자가 하나 더 많기 때문에 홀로 있기보다는 빈자리(vacancy)를 찾아 탄소 원자 바로 옆자리에 위치하는 것이 안정적일 수 있다. 이때 생기는 질소-빈자리 결함을 질소-빈자리 색 중심(nitrogen-vacancy color center)이라 한다.Representative non-conductive inorganic crystal lattices capable of forming color centers include diamond and silicon carbide (SiC). Diamond is a crystal in which carbon atoms are regularly arranged, and like other crystal structures, various defects may exist, and specifically, carbon atoms in the crystal structure may be missing to form vacancies. Some carbon atoms can be replaced by other atoms, especially nitrogen atoms. Because nitrogen atoms have one more outermost electron than carbon atoms, it is more stable to find a vacancy next to a carbon atom than to be alone. can The resulting nitrogen-vacancy defect is called a nitrogen-vacancy color center.

다이아몬드 질소-빈자리 색 중심이 다양한 양자 상태 제어에 쓰일 수 있는 가장 중요한 이유 중의 하나는 다이아몬드 질소-빈자리 색 중심의 에너지 구조가 바닥상태에서 에너지 준위가 겹쳐(degeneracy) 있기 때문이다. 구체적으로, 스핀 트리플렛(spin triplet)을 이루고 스핀-스핀 상호작용에 의해 2.88 GHz 마이크로파에 해당되는 미세한 에너지 차만큼 분리되어 있다. 따라서 이 에너지 준위 사이의 전이를 잘 제어함으로써 바닥상태 스핀 트리플렛 상태를 양자 제어 할 수 있다.One of the most important reasons why the diamond nitrogen-vacancy color center can be used to control various quantum states is that the energy structure of the diamond nitrogen-vacancy color center is degeneracy in the ground state. Specifically, they form a spin triplet and are separated by a minute energy difference corresponding to a 2.88 GHz microwave by spin-spin interaction. Therefore, by well controlling the transition between these energy levels, the ground state spin triplet state can be quantum controlled.

또한, 다이아몬드를 구성하는 원자인 탄소(C12)는 상대적으로 원자가가 작아 매우 약한 스핀-각운동량 상호작용을 한다. 따라서 스핀이 격자와 잘 분리된 환경을 제공할 수 있다. 이외에도 다이아몬드는 이를 구성하는 탄소원자 사이의 강한 결합이 상대적으로 약한 격자 진동을 일으켜, 상온에서도 열적 요동이 배제된 마치 저온과 같은 환경을 제공하며, 전자 스핀과 상호작용을 통해 스핀 결맞음을 파괴하는 핵스핀을 갖는 C13이 상대적으로 적게 존재하는 시스템으로 작용할 수 있다.In addition, carbon (C 12 ), an atom constituting diamond, has a relatively low valence and has a very weak spin-angular momentum interaction. Therefore, it can provide an environment in which the spins are well separated from the lattice. In addition, the strong bonding between the carbon atoms that make up diamond causes relatively weak lattice vibrations, providing a low-temperature environment in which thermal fluctuations are excluded even at room temperature, and a nucleus that destroys spin coherence through interaction with electron spins. It can act as a system in which C 13 with spin exists relatively little.

위와 같은 이유로 다이아몬드 질소-빈자리 색 중심의 전자 구조는 원자물리학 수준의 매우 좁은 선폭을 갖고 있으며, 매우 뛰어난 순환 천이(cycling transition) 특성과 형광(fluorescence) 특성을 가질 수 있다.For the above reasons, the electronic structure of the diamond nitrogen-vacancy color center has a very narrow line width at the level of atomic physics, and can have excellent cycling transition characteristics and fluorescence characteristics.

탄화 규소(SiC)는 실리콘과 탄소를 포함하는 반도체로서 다이아몬드와 같이 결정 격자 내 색 중심을 형성할 수 있다. 구체적으로, 탄화 규소는 밴드 갭 에너지 미만의 에너지로 광학적으로 상호작용하여 활성화될 수 있는 양자 특성을 가진 색 중심을 형성할 수 있다. 또한, 탄화 규소는 광학적으로 활성화된 스핀 큐비트를 가질 수 있고, 긴 가간섭성 시간(coherence time)과 상온 제어가 가능한 양자 특성을 가질 수 있다.Silicon carbide (SiC) is a semiconductor containing silicon and carbon and can form a color center in a crystal lattice like diamond. Specifically, silicon carbide can interact optically with energies below the band gap energy to form color centers with quantum properties that can be activated. In addition, silicon carbide may have optically activated spin qubits, and may have long coherence time and quantum properties capable of room temperature control.

격자 결함이란, 결정 내의 원자 배열에 발생할 수 있는 불규칙적인 흐트러짐을 의미하는 것으로, 이로 인해 결정의 물리화학적인 여러 성질에 큰 영향을 줄 뿐 아니라 특유한 현상이나 작용을 나타낼 수 있다.A lattice defect means an irregular disorder that can occur in the arrangement of atoms in a crystal, and this can have a great effect on various physical and chemical properties of the crystal, as well as exhibit unique phenomena or actions.

일반적인 격자 결함은 그 형태에 따라 면결함·선결함·점결함으로 분류될 수 있다. 면결함은 결정의 외부 표면 및 내부 표면, 즉 결정입계, 쌍결정의 접합면, 적층흠 등일 수 있고, 선결함은 어긋나기 및 점결함이 직선적으로 배열되어 생긴 2차 결함 일 수 있다. 점결함은 불순물 원자, 빈자리, 격자간 원자 등 일 수 있다.General lattice defects can be classified into plane defects, line defects, and point defects according to their shapes. Plane defects may be external and internal surfaces of crystals, that is, grain boundaries, bonding surfaces of twin crystals, stacking flaws, etc., and linear defects may be secondary defects caused by straight alignment of misalignment and point defects. Point defects may be impurity atoms, vacancies, interstitial atoms, and the like.

본 발명에 따른 단일 색 중심 배열의 제조 방법에 있어서, 비전도성 무기물 결정 시료에 형성되는 격자 결함은 점결함일 수 있고, 바람직하게는 원자 빈자리일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 탄소 원자 빈자리(carbon vacancy) 또는 실리콘 빈자리(silicon vacancy)일 수 있다.In the method for producing a single color center array according to the present invention, the lattice defect formed in the non-conductive inorganic crystal sample may be a point defect, preferably an atomic vacancy, more preferably a carbon atom vacancy or a silicon vacancy.

상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔의 이온은 탄소, 헬륨 및 네온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 헬륨일 수 있다. 헬륨 이온빔은 광원이 거의 단일 원자로 구성되기 때문에 에너지 분산이 낮은 장점이 있다. Ions of the ion beam in the step of forming the lattice defect may include at least one selected from the group consisting of carbon, helium, and neon, and preferably may be helium. The helium ion beam has the advantage of low energy dispersion because the light source is composed of almost single atoms.

또한, 상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔의 조사 에너지는 80 내지 120 KeV, 바람직하게는 90 내지 110 KeV일 수 있다. 상기 이온빔의 조사 에너지가 상기 수치범위의 상한치를 초과하는 경우, 격자 결함을 형성하기 위해 긴 시간이 소요되는 문제가 생길 수 있고, 상기 하한치에 미달되는 경우 색 중심이 형성되는 영역에 불순물 이온이 도핑되는 확률이 증가하는 문제가 생길 수 있다.In addition, the irradiation energy of the ion beam in the step of forming the lattice defect may be 80 to 120 KeV, preferably 90 to 110 KeV. When the irradiation energy of the ion beam exceeds the upper limit of the numerical range, a long time is required to form lattice defects. There may be problems that increase the probability of being.

상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔의 조사량은 1 x 1014 내지 1 x 1016 ions/㎠, 바람직하게는 5 x 1014 내지 5 x 1015 ions/㎠ 일 수 있다. 상기 이온빔의 조사량이 상기 수치범위의 상한치를 초과하는 경우, 비전도성 무기물 결정 시료의 결정 구조 회복이 용이하지 않을 수 있고, 상기 하한치에 미달되는 경우 적절한 양의 탄소 빈자리가 형성되지 않아 색 중심 생성 효율이 저하되는 문제가 생길 수 있다.An irradiation amount of the ion beam in the step of forming the lattice defect may be 1 x 10 14 to 1 x 10 16 ions/cm 2 , preferably 5 x 10 14 to 5 x 10 15 ions/cm 2 . When the irradiation amount of the ion beam exceeds the upper limit of the numerical range, it may not be easy to recover the crystal structure of the non-conductive inorganic crystal sample, and when the irradiation amount is less than the lower limit, an appropriate amount of carbon vacancy is not formed, resulting in color center generation efficiency. This degradation may cause problems.

상기 색 중심을 형성하는 단계에서 저선량 이온빔은 질소, 규소 및 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 질소일 수 있다. 상기 저선량 이온빔을 조사함으로써 상기 비전도성 무기물 시료의 격자 결함에 단일 이온을 주입할 수 있다.In the step of forming the color center, the low-dose ion beam may include at least one selected from the group consisting of nitrogen, silicon, and germanium, and may preferably be nitrogen. A single ion may be implanted into a lattice defect of the non-conductive inorganic sample by irradiating the low-dose ion beam.

상기 저선량 이온빔의 조사 에너지는 30 내지 70 KeV, 바람직하게는 40 내지 60 KeV일 수 있다. 상기 이온빔의 조사 에너지가 상기 상한치를 초과하는 경우, 단일 색 중심이 형성되는 위치가 40㎚ 이상의 오차를 보여 단일 색 중심이 형성되는 위치의 정확도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.The irradiation energy of the low-dose ion beam may be 30 to 70 KeV, preferably 40 to 60 KeV. When the irradiation energy of the ion beam exceeds the upper limit value, an error of 40 nm or more is shown at the position where the single color center is formed, and thus the accuracy of the position where the single color center is formed may deteriorate.

상기 저선량 이온빔은 조사량은 1 x 108 내지 1 x 1010 ions/㎠, 바람직하게는 1 x 109 내지 5 x 109 ions/㎠ 일 수 있다. 상기 이온빔의 조사량이 상기 상한치를 초과하거나 상기 하한치에 미달되는 경우 단일 색 중심이 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.The low-dose ion beam may have an irradiation dose of 1 x 10 8 to 1 x 10 10 ions/cm 2 , preferably 1 x 10 9 to 5 x 10 9 ions/cm 2 . When the irradiation amount of the ion beam exceeds the upper limit value or does not reach the lower limit value, a single color center may not be formed.

상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔 및 상기 색 중심을 형성하는 단계에서의 저선량 이온빔의 조사 각도는 6도 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 저선량 이온빔과 셰도우 마스크의 나노 홀이 이루는 각도가 6도 이상인 경우, 저선량 이온빔이 입사되지 않아 비전도성 무기질 결정 시료에 단일 색 중심 배열을 형성할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.An irradiation angle of the ion beam in the forming of the lattice defect and the low-dose ion beam in the forming of the color center may be 6 degrees or less. Specifically, when the angle formed by the low-dose ion beam and the nanoholes of the shadow mask is 6 degrees or more, the low-dose ion beam is not incident, so that a single color center array cannot be formed on the non-conductive inorganic crystal sample.

상기 저선량 이온빔의 조사 후 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리 공정을 통하여 이온빔이 조사된 비전도성 무기질 결정 시료에 단일 색 중심 배열을 형성할 수 있다. 상기 열처리는 800℃ 이상의 온도에서 진공 또는 아르곤, 질소 기체 등의 비활성 기체의 존재 하에 1시간 이상 수행하는 것일 수 있다.Heat treatment may be performed after irradiation with the low-dose ion beam. Through the heat treatment process, a single color center array may be formed in the non-conductive inorganic crystal sample irradiated with the ion beam. The heat treatment may be performed at a temperature of 800° C. or more for 1 hour or more in the presence of vacuum or an inert gas such as argon or nitrogen gas.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for helping the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples in any sense.

<실시예 1> 나노 홀 셰도우 마스크의 제조<Example 1> Preparation of nano hole shadow mask

먼저 두께 300㎛의 셰도우 마스크 프레임을 준비하고, 이 셰도우 마스크 프레임에 3㎛의 구리 박막을 부착하였다. 이후 상기 구리 박막에 갈륨 이온(Ga+)을 이온 소스로 하는 집속 이온 빔을 5 내지 30 keV의 에너지로 조사하여 도 3a 내지 도 3d에 나타낸 바와 같이 5 x 5의 홀 배열을 갖고, 각 배열을 구성하는 홀 지름은 300㎚, 0.6㎛, 1㎛, 1.5㎛ 크기의 4가지 나노 홀 셰도우 마스크를 제작하였다.First, a shadow mask frame having a thickness of 300 μm was prepared, and a copper thin film of 3 μm was attached to the shadow mask frame. Thereafter, the copper thin film is irradiated with a focused ion beam using gallium ions (Ga + ) as an ion source at an energy of 5 to 30 keV to have a 5 x 5 hole array as shown in FIGS. 3A to 3D, and each array The constituting hole diameter was 300 nm, 0.6 μm, 1 μm, and 1.5 μm, and four types of nano hole shadow masks were fabricated.

<실시예 2> 나노 홀 셰도우 마스크를 이용한 단일 색 중심 배열의 제조<Example 2> Preparation of single color center array using nano hole shadow mask

다이아몬드 시료(SC CVD plates, Electronic Grade(100), Applied Diamond, Inc.)를 준비하고, 상기 시료에 실시예 1에서 제조한 홀 지름 300㎚의 셰도우 마스크를 올려놓고 100 KeV의 헬륨 이온빔을 1 x 1014, 1 x 1015, 1 x 1016 ions/㎠의 조사량으로 조사하여 각 조사 에너지에 따른 다이아몬드 결정 격자 내 탄소 빈자리를 형성하였다. 이후 50 KeV의 질소 이온빔을 1.2 x 109 ions/㎠의 조사량으로 조사하고, 열처리하여 질소-빈자리 색 중심을 형성하였다.A diamond sample (SC CVD plates, Electronic Grade (100), Applied Diamond, Inc.) was prepared, the shadow mask with a hole diameter of 300 nm prepared in Example 1 was placed on the sample, and a 100 KeV helium ion beam was applied to the sample. 10 14 , 1 x 10 15 , and 1 x 10 16 ions/cm 2 were irradiated to form carbon vacancies in the diamond crystal lattice according to each irradiation energy. Thereafter, a 50 KeV nitrogen ion beam was irradiated with an irradiation amount of 1.2 x 10 9 ions/cm 2 , and heat treatment was performed to form a nitrogen-vacancy color center.

<실시예 3> PL mapping 결과<Example 3> PL mapping result

실시예 2에 따라 제조된 단일 색 중심 배열에 대한 PL mapping을 측정하기 위해, HORIBA사의 LabRAM HR Evolution Visible_NIR을 이용하여 상온 및 상압에서 PL mapping을 수행하였다. 532nm 레이저를 이용하여 여기(excitation)시키고 질소 빈자리의 제로 포논 라인(zero-phonon line)인 638nm의 세기를 기준으로 PL mapping을 진행하였다. 측정은 가로, 세로 0.5 ㎛씩 이동하면서 진행하였다.In order to measure PL mapping for the single color center array prepared according to Example 2, PL mapping was performed at room temperature and pressure using HORIBA's LabRAM HR Evolution Visible_NIR. Excitation was performed using a 532 nm laser, and PL mapping was performed based on the intensity of 638 nm, which is the zero-phonon line of the nitrogen vacancy. The measurement was performed while moving horizontally and vertically by 0.5 μm.

PL mapping 결과, 도 4a에 나타낸 바와 같이 다이아몬드 시료에 질소-빈자리 색 중심 배열이 생성된 것을 명확히 확인할 수 있다. As a result of PL mapping, it can be clearly confirmed that a nitrogen-vacancy color center arrangement is generated in the diamond sample, as shown in FIG. 4a.

또한, 헬륨 이온빔의 조사량에 따른 PL 강도 측정 결과, 1 x 1015 ions/㎠ 조사량으로 조사한 경우가 가장 강한 zero-phonon line을 나타낸 바(도 5 참고), 이는 상기 조사량의 조건하에서 질소-빈자리 색 중심이 가장 잘 형성됨을 알 수 있다. 즉, 1 x 1015 ions/㎠ 조사량이 다이아몬드 시료의 결정 구조상에 탄소 빈자리를 가장 많이 형성할 수 있는 최적의 조사량으로, 이러한 경우 질소-빈자리 색 중심은 damage density로 계산시 1x1022 vacancies/㎤ 로 다량으로 형성되는 것이다.In addition, as a result of measuring the PL intensity according to the irradiation amount of the helium ion beam, the case of irradiation with an irradiation amount of 1 x 10 15 ions/cm2 showed the strongest zero-phonon line (see FIG. 5), which is the nitrogen-vacancy color under the conditions of the irradiation amount It can be seen that the center is best formed. In other words , 1 x 10 15 ions/cm2 is the optimal amount of radiation that can form the most carbon vacancies on the crystal structure of a diamond sample. It is formed in large quantities.

한편, 1 x 1015 ions/㎠ 이상의 조사량을 조사한 경우에는 다이아몬드 결정 구조의 회복이 용이하지 않아 색 중심이 제대로 형성되지 않는 결과, NV0(575nm) 및 NV-(638nm)의 zero-phonon line의 신호가 상당히 약해지는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, when an irradiation amount of 1 x 10 15 ions/cm2 or more is not easy to recover the diamond crystal structure, the color center is not properly formed, resulting in the zero-phonon line of NV 0 (575nm) and NV - (638nm). It was found that the signal was significantly weakened.

Claims (12)

단일 색 중심 배열(single color center array) 제작용 셰도우 마스크의
제조 방법으로서,
셰도우 마스크 프레임에 금속 박막을 부착하는 단계; 및
상기 금속 박막에 집속 이온빔을 조사하여 나노 홀을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 나노 홀의 크기가 290 내지 320㎚인, 셰도우 마스크의 제조 방법.
of shadow mask for single color center array production
As a manufacturing method,
attaching a metal thin film to the shadow mask frame; and
forming nano holes by irradiating the metal thin film with a focused ion beam;
including,
The method of manufacturing a shadow mask, wherein the size of the nano-holes is 290 to 320 nm.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 박막의 금속은 구리, 철, 니켈, 크롬, 코발트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 셰도우 마스크의 제조 방법.
The method of claim 1,
The metal of the metal thin film includes at least one selected from the group consisting of copper, iron, nickel, chromium, cobalt, and mixtures thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 박막의 두께는 2 내지 4㎛인 셰도우 마스크의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing a shadow mask in which the thickness of the metal thin film is 2 to 4 μm.
청구항 1에 있어서,
상기 집속 이온빔의 조사 에너지는 5 내지 30 keV인 셰도우 마스크의 제조 방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a shadow mask wherein the irradiation energy of the focused ion beam is 5 to 30 keV.
제1항 내지 제4항에 따라 제조된 셰도우 마스크를 비전도성 무기물 결정의 시료상에 위치시키는 단계;
상기 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정의 시료에 이온빔을 조사하여 격자 결함(lattice defect)을 형성하는 단계;
상기 격자 결함이 형성된 셰도우 마스크가 위치한 비전도성 무기물 결정 시료에 저선량 이온빔을 조사하여 색 중심을 형성하는 단계; 및
열처리하는 단계;
를 포함하는, 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
placing a shadow mask prepared according to claims 1 to 4 on a sample of non-conductive inorganic crystals;
forming a lattice defect by irradiating an ion beam to a sample of non-conductive inorganic crystal where the shadow mask is located;
forming a color center by irradiating a low-dose ion beam to a non-conductive inorganic crystal sample on which the shadow mask having the lattice defect is located; and
heat treatment;
A manufacturing method of a single color center array comprising a.
청구항 5에 있어서,
상기 비전도성 무기물 결정 시료는 다이아몬드 또는 탄화 규소인 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 5,
The method of producing a single color center array in which the non-conductive inorganic crystal sample is diamond or silicon carbide.
청구항 5에 있어서,
상기 격자 결함을 형성하는 단계에서 이온빔의 이온은 탄소, 헬륨 및 네온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 5,
In the step of forming the lattice defect, the ions of the ion beam include at least one selected from the group consisting of carbon, helium, and neon.
청구항 7에 있어서,
상기 이온빔의 조사량은 1014 내지 1016 ions/㎠인 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 7,
The method of manufacturing a single color center array in which the irradiation amount of the ion beam is 10 14 to 10 16 ions/cm 2 .
청구항 5에 있어서,
상기 격자 결함은 탄소 빈자리 또는 실리콘 빈자리인 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 5,
The method of manufacturing a single color center array in which the lattice defect is a carbon vacancy or a silicon vacancy.
청구항 5에 있어서,
상기 색 중심을 형성하는 단계에서 저선량 이온빔은 질소, 규소 및 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 5,
In the step of forming the color center, the low-dose ion beam includes at least one selected from the group consisting of nitrogen, silicon, and germanium.
청구항 10에 있어서,
상기 저선량 이온빔은 조사량은 1 x 108 내지 1 x 1010 ions/㎠ 이하인 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 10,
The method of manufacturing a single color center array in which the low-dose ion beam has an irradiation amount of 1 x 10 8 to 1 x 10 10 ions/cm 2 or less.
청구항 5에 있어서,
상기 격자 결함을 형성하는 단계에서의 이온빔 및 상기 색 중심을 형성하는 단계에서의 저선량 이온빔의 조사 각도는 6도 이하인 단일 색 중심 배열(single color center array)의 제조 방법.
The method of claim 5,
A method of manufacturing a single color center array in which an irradiation angle of the ion beam in the step of forming the lattice defect and the low-dose ion beam in the step of forming the color center is 6 degrees or less.
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