2020 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum state control with advanced optical technique for spin defects in silicon carbide
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20H00355
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
大島 武 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長(定常) (50354949)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (70400281)
波多野 睦子 東京工業大学, 工学院, 教授 (00417007)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / スピン欠陥 / 光物性 / 量子センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭化ケイ素（SiC）中のシリコン空孔（Vsi）に着目し、陽子線描画技術を用いて任意位置・深さにVsiを形成し、光検出磁気共鳴（ODMR）を用いた温度計測及び磁場計測を行った。
特に、今年度はリン及びアルミニウムの高温イオン注入によりn型及びp型領域を形成したプレーナー型のSiC pnダイオード中に、陽子線描画技術を用いてデバイス特性が劣化しないレベルでVsiを位置選択し導入することで、デバイス内部の局所温度の計測に成功した。また、これまでの研究で、デバイス動作（電流注入）によるVsiの発光（Electroluminescence：EL）によりODMRコントラストが低下し、温度や磁場の計測に影響を及ぼすことを明らかにしてきたが、令和2年度はデバイス動作のELと励起レーザー入射によるフォトルミネッセンスの共存状態でODMRシグナルがどの程度の影響を受けるかといった定量的な考察を行った。
小型量子センシングデバイスで重要となるSiC/Si貼り合わせ構造形成に関しては、SiフォトダイオードやSiCデバイスの形成や貼り合わせプロセスに関する検討を開始し、貼り合わせ工程も含めて実際に試作デバイスを作製することで課題の抽出を行った。光導波路形成では陽子線描画によりVsiを局所形成するとともに、リアクティブエッチングや化学処理などの加工条件の検討を進めることで、令和3年度の測定に向けた試料の準備を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナウイルスの影響で、実験の実施に影響があるものの、測定系の着実な構築、デバイス作製や光導波路作製に着手することができており、概ね予定通りの進捗であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
貼り合わせや光導波路形成プロセスについて、抽出された課題を解決するとともに、実際にVsiを導入しODMR計測を開始するといった研究に着手する予定である。また、センシングの高感度化に向け、測定系の見直しなども並行して進めていく。
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Research Products
(15 results)
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[Presentation] 炭化ケイ素中のシリコン空孔を用いた量子センシング2020
Author(s)
山崎雄一, 千葉陽史, 佐藤真一郎, 牧野高紘, 山田尚人, 佐藤隆博, 土方泰斗, 児島一聡, 土田秀一, 星乃紀博, 大島武
Organizer
応用物理学会 先進パワー半導体分科会 第7回講演会
Invited
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