高纯碳化硅薄膜用于碳化硅自旋色心研究
固态自旋缺陷是量子信息科学、传感和计量领域应用的新兴平台。量子通信是未来的重要发展方向，构建易于操作的量子系统是实现先进信息通信技术的关键一步。半导体材料的缺陷被认为是最好的候选之一。色心是固体材料中稳定的单光子源 (SPS)，是量子技术的关键要素，例如量子自旋电子学和量子光子学。近年来，碳化硅（SiC）的一些缺陷在自旋量子位中表现出了优异的应用价值。例如，硅空位（VSi）、双空位（VCVSi，VV）具有优异的光学特性，其近红外荧光信号可用于光纤传输和生物检测。
可供高纯4H-SiC外延片进行碳化硅自旋色心相关研究。所供SiC晶片材料的Vsi缺陷远小于E15/cm3。由于纯度高，在扫描范围内，如100*100*2um，甚至在200*200*2um中都没有观察到硅空位色心。
1. 什么是碳化硅色心？
碳化硅色心是碳化硅晶格中的点缺陷，称为色心。这些色心有多种用途，其中一些用于光子学、半导体以及计量学和量子通信等量子应用。材料中的缺陷有多种用途，但碳化硅空位色心之所以重要，是因为这些色心具有许多重要的特性。碳化硅作为材料具有二阶非线性、光学透明性和低双光子吸收。这使得碳化硅成为许多事物的替代平台，包括但不限于纳米加工、集成量子光子学和大晶圆量子系统。
2. 如何制备碳化硅色心？
制造碳化硅色心的方法主要有三种，包括电子照射、离子注入、飞秒激光写入，具体如下：
1）电子照射：其工作原理是将材料暴露在高电离电子束下。这会消除材料本身中的电子，从而产生色心（或缺陷）。然而，这个过程需要大量的能量，9 MeV 通常是大多数材料的能量下限。
2）离子注入：离子注入通常用于掺杂半导体，但也可用于创建色心。离子首先被加速到一定的能量（通常在 MeV 范围内）。然后，该离子在材料内加速，离子被注入材料中，改变材料的成分，并可能产生色心。
3）飞秒激光写入：利用非线性激光写入过程以及适当的像差校正，可以在晶体内的任意深度产生缺陷。该过程保留了自旋和光学相干特性。该机制归因于飞秒激光过程的多光子电离。这种缺陷制造方法可以应用于其他材料以及碳化硅。其他类型的缺陷制造包括中子辐照、质子辐照和聚焦硅束。现在也正在试验新的制造方法。尽量减少能源使用和工艺复杂性。新方法之一是使用纳秒激光的激光写入方法的新方法。
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