具有离子束微加工埋入式石墨电极的金刚石器件的电致发光

聚焦 MeV 离子微束是直接写入绝缘金刚石体内部导电石墨通道的合适工具，此前的工作已通过制造多电极电离辐射探测器和细胞生物传感器证明了这一点。在本工作中，我们研究了该制造方法用于金刚石色心电激发的适用性。与光致发光不同，电致发光需要电流流过金刚石亚能级态以激发色心。为此，我们使用扫描 1.8 MeV He 微束在探测器级 CVD 单晶金刚石样品的体内部制造了间距为 10 微米的埋入式石墨电极。利用在施加 250 V 偏置电压时流过电极间间隙区域的电流，作为激发上述间隙中定位的不同类型色心电致发光的泵浦源。使用共焦光学显微镜装置对明亮的发光进行了空间映射。电致发光的光谱分析揭示了来自中性电荷氮 - 空位中心 ($NV^0$, $\lambda_{ZPL}$ = 575 nm) 以及簇晶格位错（A 带，{\lambda} = 400-500 nm）的发射。此外，还检测到了来自 He 相关缺陷的电致发光信号，其具有吸引人的光谱特征（室温下尖锐发射、低声子边带）（$\lambda_{ZPL}$ = 536.3 nm, $\lambda_{ZPL}$ = 560.5 nm）；同时也观察到一个位于 {\lambda} = 740 nm 附近的低而宽的峰，暂归因于 Si-V 或 GR1 中心。这些结果为制造用于量子光学和量子密码学应用的电激发金刚石单光子发射器提出了有趣的未来前景。