Contact Properties of Quantum Devices Using NV⁻Centers in Diamond

Abstract

Foto-elektrische detectie van magnetische resonantie (PDMR) vangt uitgezonden elektronen op uit negatief geladen stikstof-gatcentra (NV-) in diamant, waardoor elektronenspinuitlezing mogelijk wordt voor kwantumcomputer en -sensortoepassingen. Deze elektronen worden opgevangen door metalen elektroden, gedeponeerd op een diamanten substraat, onder een extern elektrisch veld. Conventionele elektroden vertonen echter back-to-back Schottky diodengedrag, wat een suboptimale configuratie is voor het verzamelen van fotogegenereerde elektronen. Om deze beperking te overwinnen, worden elektroden, die dichter bij het ohmse gedrag komen, vervaardigd door het introduceren van een dunne, met een B-gedoteerde diamantlaag, gevolgd door Ti/Al dubbellaagse metallisatie via RF-sputteren. Zowel het diamanten substraat met NV-centra als de B-gedoteerde laag zijn gegroeid met microgolfplasmaversterkte chemische dampafzetting. De B-gedoteerde laag tussen de elektroden wordt selectief geëtst, waardoor de stroom alleen door de ingebedde B-gedoteerde laag binnen de elektroden vloeit. Gefabriceerde elektroden tonen verbetering met betrekking tot ohms gedrag op de I-V karakteristiek. Quantum tunneling is besproken als mogelijk bijdragend transportmechanisme op het metaal/diamanten grensvlak. De foto-elektrische versterking γ wordt geschat tussen 10 en 400, wat een verbetering vertegenwoordigt ten opzichte van conventionele elektroden met een foto-elektrische versterking γ tussen 1 en 40, waardoor een verbeterde prestatie voor PDMR wordt aangetoond.