固体スピン カラー センターは、量子情報処理の重要な研究プラットフォームであり、ダイヤモンド窒素空孔 (NV) カラー センターはその優れた代表です。 1997 年にドイツの研究チームによって室温で単一のダイヤモンド NV カラー センターが検出されたことが報告されて以来、量子コンピューティング、量子ネットワーキング、および量子センシングにおいて重要な進歩がありました。 近年、より成熟した材料処理技術とデバイス統合プロセスを利用するために、他の半導体材料の同様の色中心に注意が払われています。 シリコン空孔 (VSI）カラーセンター（1つのシリコン原子が欠落している）およびダブル空孔カラーセンター（1つのシリコン原子と隣接する1つの炭素原子が欠落している）は、優れた光学特性とスピン特性のために幅広い関心を集めています。
バンドギャップが広く、熱伝導率が高く、キャリア移動度が高く、絶縁破壊電圧が高く、化学的安定性が高いなどの優れた特性を持つ SiC 材料は、高出力および高温の電子デバイスにとって重要な材料の 1 つです。 基底状態では、SiC結晶のシリコン空孔は、高スピントロニクス状態である4H-SiCでC3v対称性を示し、約1.4 eVの近赤外領域で発光することが注目されています。 空孔はSiC結晶の最も重要な点欠陥であり、固有または自然な欠陥です。つまり、図1に示すように、一般に転位原子が他の空孔に入り込んだり、粒界や表面に徐々に移動したりします。このような空孔はショットキー空孔と呼ばれます。 .VSIの欠陥SiCウェーハPAM-XIAMEN が提供する材料は、E15/cm3 よりもはるかに小さい. 高純度のため、100*100*2um、200*200*2umでもスキャンした広い範囲でシリコン空孔の色中心がありません。
シリコン空孔回路図
1. 炭化ケイ素の負に帯電したケイ素空孔
単結晶SiCは、商業的に入手可能であり、電気的および光学的微細加工デバイス統合技術が成熟しているため、スピン欠陥ベースの量子センサーの有望な材料です。 負に帯電したシリコン空孔 (すなわち、空孔位置に追加の電子を持つ単一の失われたシリコン原子) は、テレコムに近い光電子放出、高いスピン数、基底状態のゼロ電界分裂により、炭化ケイ素研究における主なスピン欠陥の 1 つです。温度。
負に帯電したシリコン空孔がSiC結晶で観察されています。 その電子配置は、5 つの活性電子 (3 つのホール) によってモデル化され、独自のスピン 32 システムを形成し、新しいセンシング プロトコルとスピン量子ドットの実現を可能にします。 単一の孤立した欠陥では、4 K で 0.8 ms のスピン コヒーレンス時間が測定されました。シアンサンブル、スピン コヒーレンス時間は、T2 = 20 ms までの動的デカップリング技術で観察されます。
2. Vの製造方法SISiCウェーハ
V を生成するための多くの方法シ電子、中性子、陽子を使用した照射を含む研究が行われています。 さらに、研究者は近年、シリコンカーバイド欠陥カラーセンターを準備するためのイオン注入技術の開発に成功しています。 光電子常磁性共鳴 (EPR) 研究は、効果的な電子スピン偏極が炭化ケイ素のシリコン空孔につながる可能性があり、そのフォトルミネッセンス (PL) 信号は室温でも検出できることを示しています。
SiC 材料のシリコン空孔の詳細については、以下をお読みください。
シリコンカーバイドに注入された浅いシリコン空孔のナノスケール深さ制御
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