研究課題
本研究は、ダイヤモンド中の複合欠陥をセンサとして用いることで、デバイス内部で発生する物理現象を直接捉えることを目的とする。本年度は、ダイヤモンドデバイス中の窒素－空孔（NV）センターの計測制御に関する研究を推進した。NVセンターのスピン状態は、通常、NVセンターからの蛍光を検出することで光学的に読み出しを行う。それに対し、レーザによって励起されたキャリアを電流として計測することで電気的に読み出すことも可能である。この電気的読み出しは、検出に光学素子を利用しないためにシステムの小型化に適しているということに加え、高精度リソグラフィによる電極形成と組み合わせることで高空間分解能計測につながるという利点がある。しかしながら、電気的検出には計測される電流が小さいという課題がある。本研究では、キャリアの増倍が可能なp-i-nダイオードを用いた高電界印加下における電気的検出を行った。使用したデバイスは、マイクロ波プラズマCVDにより高濃度ドーピングしたp層およびn層を選択合成することで形成したダイヤモンド横型p-i-nダイオードであり、デバイス内部にNVセンターが存在している。p-i-nダイオードへ印加する逆方向バイアスを増加させていくと、急激に電流が増加することを確認した。これは、レーザによって伝導帯に励起されたキャリアが高電界によってアバランシェ増倍を起こしているためであると考えられる。増倍によって光電流の大きさは1桁以上増加しており、小さな信号を大幅に増幅できている。本技術は、デバイス内部情報の電気的計測や高分解能計測の発展に貢献するものである。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Applied Physics Letters
巻: 118 ページ: 253502-1 - 7
10.1063/5.0055852
