保持色心的金刚石氢终端化方法

通过氢对金刚石表面进行化学功能化是控制近表面荧光色心电荷状态的重要方法，也是制造金刚石场效应晶体管和化学传感器等器件的基本工艺，并且是通过后续化学处理实现更复杂终端化系列的必需第一步。在所有这些情况下，终端化通常使用氢等离子体源实现，但该源会蚀刻或损伤金刚石以及沉积的材料或嵌入的色心。本工作探索了低损伤金刚石表面氢化的替代方法，具体包括在高纯度、非爆炸性的氮氢混合气体中对金刚石样品进行退火，以及在无有意台架加热的情况下将样品暴露于微波氢等离子体。通过X射线光电子能谱对这些方法的有效性进行了表征，并将结果与表面氢化能量学的密度泛函建模进行比较，表明表面氧配体是限制退火样品终端化质量的主要因素。最后，使用光致发光光谱验证了退火和降低样品温度的等离子体方法对近表面氮空位中心集合体均无破坏性，这与使用加热样品台的等离子体处理形成鲜明对比。