利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法技术

本发明专利技术涉及量子光源技术领域，特别涉及一种利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法

【技术实现步骤摘要】
利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法


[0001]本专利技术涉及量子光源
，特别涉及一种利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法
。

技术介绍

[0002]固态量子光源是量子通信
、
量子信息学
、
量子传感
、
量子计量学
、
量子成像等量子技术的核心
。
理想量子光源，即单光子源，能够按需每次只发射一个的光子，光子与光子之间具有不可分辨性
。
六方氮化硼
(hBN)
作为宽禁带二维层状半导体材料是理想的基质材料，在其晶体中引入单点缺陷的色心，可实现单光子发射的性质
。
从
2016
年在
hBN
在制备出单光子发射器以来，已经报道多种方法在六方氮化硼制造位置随机的单光子发射器，例如：热退火
、
等离子体处理
、
重离子辐照等
。
然而，位置随机的量子发射器难以实际应用
。
[0003]制备位置可控量子光源是实现量子芯片大规模集成的重要前提
。
因此，在六方氮化硼中制造位置可控的单光子发射器一直是科学家关注的热点，已报道通过聚焦镓离子束
、
飞秒激光直写
、
原子力针尖压痕等方法制备位置可控的单光子发射器
。
然而，原子力针尖压痕法定位精度
200
～
1500nm
之间，通常在材料中产生的是孔洞；飞秒激光加工的精度受限于光学衍射极限，在样品中产生的是微米尺度的孔洞，横向定位精度在
600
～
3500nm
，精度不够高；聚焦镓离子束横向定位精度约
400nm
，存在重离子残留等问题，会影响到量子发射器的性能和使用；电子束曝光利用的是热效应，只能激活材料中已有的缺陷，其横向定位精度约
315nm
；微米柱应变法横向定位精度
2000nm
，其利用材料应变，发光容易受环境影响产生漂移
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法，能够制备稳定的位置可控的量子发射器
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0006]本专利技术提供的利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法，包括如下步骤：
[0007]S1、
将六方氮化硼材料通过机械剥离方法转移到衬底上制备六方氮化硼样品；
[0008]S2、
利用聚焦氦离子束在六方氮化硼样品上加工空位缺陷；
[0009]S3、
将步骤
S2
加工完成后的样品置于管式炉中在氧气氛下退火处理，制得位置可控的量子光源
。
[0010]进一步地，步骤
S1
中，通过臭氧
、
氧等离子体清洗或氧气退火去除剥离过程中产生的残胶，使用光学显微镜选出待加工的六方氮化硼样品
。
[0011]进一步地，步骤
S2
中，将六方氮化硼样品送入氦离子显微镜中，提高真空度后打开氦离子源，利用氦离子成像功能找到待加工的六方氮化硼样品；使用图形发生器拍照，在六方氮化硼样品上画出待加工的区域，设定加工点阵的行列数和间距，并使用图形发生器按照设定剂量加工空位缺陷
。
[0012]进一步地，氦离子束加工束流
0.8pA
～
5pA
，剂量2×
107～8×
107ions/point。
[0013]进一步地，步骤
S3
中，退火处理温度
1000
～
1100℃。
[0014]本专利技术能够取得如下技术效果：
[0015]本专利技术将聚焦氦离子束加工和低压高温氧气流退火结合，形成与氧有关的复合缺陷产生单光子发射，制得稳定的位置可控的量子光源，位置精度小于
50nm
，低于光学衍射极限
。
制备方法加工精度高，可重复性高，同时避免了其他技术加工带来的孔洞
、
重金属离子残留等问题，保证了氮化硼材料结构的完整，有助于其与光学微腔耦合提升耦合提取效率，进一步促进集成光量子器件的应用
。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术实施例提供的利用聚焦氦离子束在六方氮化硼中制备位置可控量子光源方法的流程图
。
[0017]图2是根据本专利技术实施例提供的利用聚焦氦离子束在六方氮化硼样品上图形化加工的示意图
。
[0018]图3是根据本专利技术实施例提供的光学显微镜下找到的样品图
。
[0019]图4是根据本专利技术实施例提供的图形发生器聚焦氦离子束加工阵列示意图
。
[0020]图5是根据本专利技术实施例提供的对聚焦氦离子束定向加工后的样品进行氧气氛下高温热退火处理的示意图
。
[0021]图6是根据本专利技术实施例制得的位置可控的量子光源的测试数据图
。
[0022]图7是根据本专利技术实施例提供的无法实现单光子发射量子光源的测试数据图
。
[0023]其中的附图标记：
[0024]六方氮化硼
1、SiO2/Si
衬底
2、
聚焦氦离子束
3。
具体实施方式
[0025]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例
。
在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示
。
在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同
。
因此，将不重复其详细描述
。
[0026]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制
。
[0027]本专利技术实施例提供一种利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法，包括如下步骤：
[0028]S1、
机械剥离制备六方氮化硼样品
。
[0029]将六方氮化硼材料通过机械剥离方法转移到衬底上，通过臭氧
、
氧等离子体清洗或氧气退火去除剥离过程中产生的残胶，使用光学显微镜选出待加工的六方氮化硼样品
。
[0030]S2、
利用聚焦氦离子束在六方氮化硼样品上加工空位缺陷
。
[0031]将六方氮化硼样品送入氦离子显微镜中，提高真空度后打开氦离子源，利用氦离子成像功能找到待加工的六方氮化硼样品；使用图形发生器拍照，在六方氮化硼样品上画出待加工的区域，设定点阵列的行列数和间距，并使用图形发生器按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
将六方氮化硼材料通过机械剥离方法转移到衬底上制备六方氮化硼样品；
S2、
利用聚焦氦离子束在六方氮化硼样品上加工空位缺陷；
S3、
将步骤
S2
加工完成后的样品置于管式炉中在氧气氛下退火处理，制得位置可控的量子光源
。2.
根据权利要求1所述的利用聚焦氦离子束制备位置可控量子光源的方法，其特征在于，步骤
S1
中，通过臭氧
、
氧等离子体清洗或氧气退火去除剥离过程中产生的残胶，使用光学显微镜选出待加工的六方氮化硼样品
。3.
根据权利要求1所述的利用聚焦氦离子束制备位置可控量...

【专利技术属性】
技术研发人员：申德振，刘冠麟，吴欣瑜，景鹏涛，刘雷，徐海，詹达，闫家旭，鲍洋，程祯，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：