金刚石晶体、金刚石元件、磁传感器、磁测量装置、以及传感器阵列的制造方法与流程

文档序号:11141548阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种金刚石晶体,其特征在于,在表面或表面附近具有包含置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心)的NV区域,该NV区域具有NV中心的浓度以上的施主浓度。

2.一种金刚石晶体,其特征在于,在表面或表面附近具有包含置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心)的NV区域,所述NV区域的结晶面为{111}面或与{111}面具有±10°以内的偏离角的面,所述NV中心的主轴为与所述{111}面正交的<111>轴。

3.如权利要求1或2所述的金刚石晶体,其中,所述施主浓度处于10×1015cm-3~10×1019cm-3的范围。

4.如权利要求1~3中任一项所述的金刚石晶体,其中,所述NV区域形成于通过CVD法或高温高压法(HPHT法)生长后的氮掺杂的金刚石晶体膜上。

5.一种金刚石元件,其使用权利要求1~4中任一项所述的金刚石晶体。

6.一种金刚石元件,其为使用金刚石的元件,其特征在于,与所述金刚石的包含置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心)的第一区域相接地形成有具有比该第一区域高的施主浓度的第二区域。

7.如权利要求6所述的金刚石元件,其中,所述第一区域在平面内呈二维周期排列,在所述第一区域各自的侧面或周围形成有具有比该第一区域高的施主浓度的第二区域。

8.如权利要求6或7所述的金刚石元件,其中,所述第二区域由n型金刚石构成,所述第一区域由i型金刚石或p型金刚石构成。

9.如权利要求6所述的金刚石元件,其中,所述第二区域由n型金刚石构成,所述第一区域为通过pn结形成的耗尽区域。

10.如权利要求6~9中任一项所述的金刚石元件,其中,所述第二区域具有施主能级为1×1018cm-3以上的n+型导电型。

11.一种金刚石元件,其为使用金刚石的元件,其特征在于,在所述金刚石的包含置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心)的第一区域的一个主面侧隔着绝缘膜设置有用于施加正电位的电极。

12.如权利要求11所述的金刚石元件,其中,所述第一区域在平面内呈二维周期排列,在所述第一区域各自的一个主面侧隔着绝缘膜设置有用于施加正电位的电极。

13.如权利要求6~12中任一项所述的金刚石元件,其中,与所述第一区域相接地形成有具有比该第一区域低的NV中心浓度的第二区域。

14.如权利要求6~13中任一项所述的金刚石元件,其中,所述第一区域的结晶面为{111}面或与{111}面具有±10°以内的偏离角的面,所述NV中心的主轴为与所述{111}面正交的<111>轴。

15.如权利要求6~14中任一项所述的金刚石元件,其中,所述第一区域具有该第一区域的NV中心的浓度以上的施主浓度。

16.如权利要求6~15中任一项所述的金刚石晶体,其中,所述 施主浓度处于10×1015cm-3~10×1019cm-3的范围。

17.如权利要求6~16中任一项所述的金刚石元件,其中,所述金刚石为通过CVD法或高温高压法(HPHT法)形成在基板上的金刚石膜。

18.如权利要求6~17中任一项所述的金刚石元件,其中,进一步具备在包含所述第一区域的金刚石晶体部的上下表面侧或侧面侧具有相互对向地设置的至少两个电极的电场生成部。

19.如权利要求7~10或12~18中任一项所述的金刚石元件,其中,所述第一区域的周期排列是从上方观察所述平面时所述第一区域的中心位于二维正方点阵的各阵点的正方周期排列。

20.如权利要求7~10或12~18中任一项所述的金刚石元件,其中,所述第一区域的周期排列是从上方观察所述平面时其他的第一区域的中心位于以特定的第一区域的中心位置作为中心点的正六边形的六个顶点的各顶点的六方填充排列。

21.一种磁传感器,其为使用权利要求6~20中任一项所述的金刚石元件的磁传感器,其中,具备对光信号进行探测的光传感器,所述光信号为从所述第一区域各自的表面射出的光信号,其因所述NV中心的电子自旋共振而产生。

22.一种磁测量装置,其为具备权利要求21所述的磁传感器的磁测量装置,其中,具备与所述金刚石元件对向地设置的试样台、对所述金刚石元件照射蓝绿色光的光学系统、对所述金刚石元件照射频率可变的微波的微波生成部和对利用所述光传感器探测到的因所述NV中心的电子自旋共振而产生的光信号进行处理的信号处理部。

23.如权利要求22所述的磁测量装置,其中,进一步具备在包含所述第一区域的金刚石晶体部的上下表面侧或侧面侧具有相互对向地设置的至少两个电极的电场生成部。

24.一种传感器阵列的制造方法,其特征在于,在板状金刚石的表面形成呈二维周期排列的柱状部作为第一区域,在该第一区域各自形成所述金刚石的置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心),形成包围所述第一区域各自的周围的、具有比所述第一区域高的施主浓度的第二区域。

25.如权利要求24所述的传感器阵列的制造方法,其特征在于,在所述第一区域的一个主面侧隔着绝缘膜设置用于施加正电位的电极。

26.一种传感器阵列的制造方法,其特征在于,在板状金刚石的主面上形成多个异种导电型的接合部,所述异种导电型的接合部由金刚石构成,在该接合部的区域形成有金刚石的置换了碳原子的氮(N)和与该氮相邻的空位(V)的复合体(NV中心)。

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