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申请/专利权人：宜宾吉林大学研究院

摘要：本发明的一种金刚石SiV色心规则阵列结构的制作方法属于量子材料技术领域，结合电子束光刻技术在金刚石衬底表面形成纳米尺度的图形化二氧化硅铱掩膜，对二氧化硅掩模层的厚度进行调整，控制硅离子渗透的位置和深度，并通过控制二次生长的条件及生长时间调控具有空位中心的外延层厚度，从而调控探测精度。本发明通过提出的金刚石硅色心规则阵列制备方法，采用二氧化硅铱混合掩膜结构，通过控制镀膜厚度，对掺杂深度满足设定的需求，制备了具有规则阵列的金刚石SiV色心结构。

主权项：1.一种金刚石SiV色心规则阵列结构的制作方法，包括以下步骤：步骤1：金刚石籽晶的预处理选取100取向的单晶金刚石作为籽晶，首先对金刚石籽晶采用机械抛光和化学抛光相结合的方法进行精密抛光；接着使用煮沸的体积比1:3的浓硫酸和浓硝酸混合液处理单晶金刚石籽晶，直至衬底表面停止产生气泡；接着使用氢氟酸处理衬底以去除硅杂质，然后用去离子水超声清洗，之后采用丙酮和酒精交替超声清洗，以除去表面的杂质；步骤2：二氧化硅掩膜的沉积实验样品采用射频磁控溅射镀膜机制备，靶材为单晶硅，溅射气体是纯度为99.9％的氩气，反应活性气体为99.9％的氧气，氧气和氩气流量分别为10sccm～20sccm和40sccm～50sccm，二氧化硅的厚度为100nm～600nm，沉积温度为300℃～500℃；步骤3：金属铱保护层的沉积在二氧化硅薄膜表面溅射一层厚度为10nm～30nm的金属铱保护层，得到单晶金刚石籽晶二氧化硅铱复合衬底；退火温度为700℃～900℃；步骤4：光刻胶涂覆实验用匀胶机进行光刻胶的涂覆，转速为3000rs～5000rs，匀胶时间为30s～50s，得到1μm～2μm厚度的均匀性良好的光刻胶；步骤5：对准曝光曝光图案为圆孔，直径为50nm～200nm，圆孔之间的间距为100nm～2μm；其中，曝光能量为10keV～30keV，圆孔区域的曝光剂量为200～400μCcm2、圆孔之外的曝光剂量为0.2～0.6μCcm2；步骤6：显影后烘室温环境显影50s～70s；后烘温度为100℃～120℃，时间为5min～15min；步骤7：干法蚀刻采用电感耦合等离子体蚀刻工艺，使用8mTorr～15mTorr的体积比为3～5：10的CHF3O2气体混合物，射频和电感耦合等离子体功率分别为80W～100W和300W～400W，刻蚀速率为1.5μmmin～3.5μmmin；步骤8：光刻胶去除利用丙酮超声20s～40s去除剩余的光刻胶；步骤9：生长单晶金刚石外延层将以上步骤制备得到的规则阵列掩膜放入等离子体化学气相沉积设备中进行金刚石外延层的生长，生长条件为：功率2kW～3kW，压强80torr～120torr，温度800℃～900℃，氢气流量400sccm～500sccm，甲烷流量20sccm～36sccm，氮气流量为0.01sccm～0.03sccm，生长时间20h～40h，得到具有规则排列的金刚石硅色心结构的外延层。

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