2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノNMRセンシングを可能とする高機能ダイヤモンド合成
| Project/Area Number |
26249108
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
渡邊 幸志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (50392684)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30276414)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 材料工学 / 機能材料 / 微細構造 / 同位体ダイヤモンド / マイクロ波プラズマ / 量子センサ / 電子スピン / NMR |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、単一プロトン検出に要求される磁場検出感度と空間分解能となる、ダイヤモンドNV ペアのダイヤモンド表面近傍配置（5nm以下）とその電子スピン位相保持時間(T2＝45μs以上)を両立させるダイヤモンドの窒素ドーピングと表面近傍の極浅NV ペア形成技術を開発することである。
本年度は、世界に先駆け、高出力高純度でマイクロ波を発生し供給することができるマイクロ波プラズマ発生用増幅器、および本増幅器からの出力を効率よくチャンバーへ伝送するための、立体回路素子の設計・試作を行った。これにより、従来装置（マグネトロン方式）では不可能であった、50Wから1500Wのマイクロ波出力において発振周波数の出力依存性＝ゼロ、SSB位相雑音性能＝-85dB/Hz以下のマイクロ波によるプラズマ発生およびダイヤモンド成長条件を実現した。従来方式と同様にダイヤモンドの堆積が確認され、窒素ドーピングではガス中のN(窒素)/C(炭素)比に対してダイヤモンド薄膜中のN濃度が比例することを確認した。以上の結果を基に、ダイヤモンドNV ペアの表面近傍配置への応用を図った。マイクロ波パワー750W、CH4濃度0.5%、基板温度800℃、ガス圧力25Torr、N/C比=15%の条件により膜厚5nm, 2nmのダイヤモンド薄膜合成を行った。現在、NVペアの観察が進行中であり、電子スピン位相保持時間の確認は得られていないが、SIMS評価から従来法と比較し、N/C比1%以下での窒素の薄膜への取り込まれる効率が上がっている。低N/C比ドーピングでも高い効率で窒素の取り込みが行われれば、次年度計画している膜厚1nm, 0.5nmへのNV配置の実現性が期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の２年目に計画した、主要目標である、（１）ナローバンドスプリアスマイクロ波発生源の設計・試作（２）マイクロ波スペクトル純度とドーピング効率変化の実証、における項目に対して期待される成果を得ている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在進行中となる、NVペアの観察、電子スピン位相保持時間の確認を行い、当初の計画に従って研究を進める。具体的には、CVD 法による薄膜形成の限界に挑戦すると共に、マイクロ波スペクトル純度と結晶成長及びドーピング効率についての指針提示を主な課題とする。
|
