单晶金刚石中依赖晶体取向的反应离子刻蚀
应用物理
2020-04-08 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
光学
摘要
在单晶金刚石中雕刻所需形状，对于实现纳米光子学、量子计算和量子光学的复杂器件日益关键。单晶硅在氢氧化钾(KOH)中依赖晶体取向的湿法刻蚀可形成多种形状，并对MEMS(微机电系统)、AFM(原子力显微镜)和微流控产生重大影响。本文提出了一种电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中的晶体方向依赖干法刻蚀原理，其通过控制刻蚀条件选择性地显露单晶金刚石中所需的晶面。当入射离子在金刚石表面的动能被降低至某一阈值以下时，会导致各向异性刻蚀并沿特定晶面形成小平面，从而演示了该原理。利用该原理，制备了用于基于氮空位中心磁强计的单晶金刚石纳米柱。在这些纳米柱中，实现了高达21°的半锥角，为报道的最高角度，从而带来高光子效率和高机械强度。这些结果首次展示了晶体取向依赖反应离子刻蚀原理，为塑造特定纳米结构——纳米技术的核心——打开了新窗口。相信该原理也将在其他单晶材料的结构化与图形化中展现价值。
引用
@article{arxiv.2004.03423,
title = {Crystallographic Orientation Dependent Reactive Ion Etch in Single Crystal Diamond},
author = {Ling Xie and Tony X. Zhou and Rainer J. Stöhr and Amir Yacoby},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.03423},
year = {2020}
}
备注
This is pre-print version. Submission version for Advanced materials publication http://doi.wiley.com/10.1002/adma.201705501