金刚石中横向空位扩散长度的上限

离子注入被广泛用于改变材料的结构、电学和光学性质。通过适当的掩模，该技术可用于定义纳米和微米结构。然而，实验表明，根据所用掩模的类型，与空位相关的衬底改性可在用于定义注入区域的掩模边缘数十微米之外被推断出来。这可能是由于退火过程中空位从注入区域的快速扩散，或是与掩模边缘周围离子散射相关的几何效应所致。对于量子器件和单原子器件，杂散离子损伤是有害的，必须最小化。为了描绘注入诱导损伤的分布，我们利用氮-空位色心作为敏感标记，在 MeV 氦离子注入金刚石并退火后，表征空位浓度和分布。结果表明，通过夹持在金刚石表面的掩模注入的氦原子在掩模下方散射，距离掩模边缘可达数十微米范围。通过光刻定义并沉积的掩模（掩模与衬底之间无间隙）进行注入，显著将散射减小至 <5 μm，但并未消除。这些散射距离远大于在类似条件下理论估计的 260 nm 空位扩散距离。本文表明，金刚石中离子注入产生的空位在退火时的扩散是有限的，而在掩模边缘数十微米外出现的空位是由散射效应造成的。