【技术实现步骤摘要】
本技术属于量子材料，特别涉及一种基于硅空位色心传感器。
技术介绍
1、金刚石硅色心是一种由硅原子与其相邻的两个晶格空位等组成的复合点缺陷，由于具有优异的电子自旋特性及单光子性能，在量子信息技术、纳米光子学以及生物荧光标记等领域具有巨大的应用前景。硅色心可作为一种分子尺度的灵敏传感器，用于测量环境中的磁场、温度、电场等物理量，这些物理量会引起硅色心的电子自旋能级发生变化，通过测试硅色心能级的扰动可以反推出这些物理量的大小。将金刚石中的硅色心做成扫描传感器，结合扫描电子显微镜扫描系统可以实现对被测目标的纳米级扫描成像，获取目标的磁场、电场、温度等图像。和氮空位色心相比较,硅空位色心的性质决定了其激发荧光信号更容易被观察到,对生物物质的光吸收和环境可见光引起的自发荧光噪声更弱,因此硅空位色心发光具有更高的图像采集保真性和空间分辨率等优势。目前业界主要使用单个金刚石纳米颗粒或单根金刚石纳米柱作为扫描探头，然而单根纳米柱型探针的产率低，工艺复杂，单个硅色心损坏后只能中断扫描，更换探针，不能实现连续不间断测量。
2、针对以上难点，本技术提供的金刚石硅色心传感器设置有金刚石纳米柱波导阵列，形成多个含有硅空位色心的探头，提高了硅空位色心传感器的效率和使用寿命。且实现了多组微小尺寸传感器的集成，提升所探测外界磁场、温场、微波场位置、距离、强度、方向等信息精度。且在制备方法上克服通常情况下金刚石siv色心结构内部混乱无序的问题。
技术实现思路
1、本技术的目的是为了提高金刚石硅色心传感器的
2、为了实现上述目的，本技术提供了如下方案：
3、一种基于硅空位色心传感器，结构包括：电路板1、电极2、音叉器件3、转接梁4、金刚石基片5、金刚石纳米柱波导阵列6；其特征在于，所述电路板1为印刷电路板，电路板的长度为2～80mm，宽度为2～80mm，厚度为0.1～10mm；所述电极2为金属电极，设置在电路板上；所述音叉器件3为石英音叉器件，音叉器件的末端与电路板的电极电气连接；所述转接梁4为玻璃转接梁或硅悬梁；转接梁4设置在所述音叉器件3的前端，转接梁4透过硅空位色心所发出的荧光及激发硅空位色心的激光；转接梁4的长为0.01～6mm；宽为0.01～6mm；厚度为10～800μm；所述转接梁4露出音叉器件部分的长度为50～800μm，以保证硅空位色心的荧光不被音叉遮挡；所述金刚石基片5的长度为10～600μm；宽为10～600μm；厚度为5～500μm；金刚石基片5的一面与转接梁4相连接，该面抛光粗糙度小于1nm，通过透光环氧树脂固定；所述金刚石纳米柱波导阵列6设置在与转接梁4连接面相对的一面，该阵列中金刚石纳米柱波导的数量为1×1～100×100；每个金刚石纳米柱波导为圆台形状；上表面直径为50～900nm；每个金刚石纳米柱波导上均设置有硅空位色心；所述硅空位色心从表面开始深度为2～400nm。
4、作为优选，所述电极2设置在电路板1的同一表面的两侧对称位置，且对称的两个金属电极无电气连接；
5、作为优选，所述转接梁4可透光波长为532～800nm，转接梁4的长为0.1～2mm；宽为0.01～2mm；厚度为10～200μm；所述转接梁露出音叉器件部分的长度为400～600μm，以保证硅空位色心的荧光不被音叉遮挡。
6、作为优选，所述金刚石基片5的长度为50～200μm；宽为50～200μm；厚度为10～100μm；所述金刚石基片的一面与转接梁相连接，通过透光树脂实现刚性固定；所述透光树脂优选为透光环氧树脂。
7、作为优选，金刚石纳米柱波导阵列6数量为2×2～60×60；所述金刚石纳米柱波导为圆台形状；其上表面直径为100～600nm；每个金刚石纳米柱波导上的硅空位色心从表面开始深度为10～300nm。
8、本技术的硅空位色心传感器可以经以下步骤制备：
9、步骤1)：高荧光收集效率波导制备
10、在制备得到的金刚石siv色心规则阵列样品进行激光切片，基片的长度为100～300μm；宽为100～300μm；厚度为50～100μm，然后进行金刚石硅空位色心纳米柱波导阵列的制备。匀胶ar-n7700胶：在金刚石上旋涂电子束曝光负光刻胶，转速4000～7000转/分钟，30s～60s。在100～200℃的热板上烘烤10～30分钟。获得负光刻胶厚为150～300nm。电子束曝光：电子束能量5～10kev，曝光剂量100～300uc/cm2，曝光图形为以上步骤中所提的圆形阵列。显影：室温环境显影50s～70s；后烘温度为100℃～120℃，时间为5min～15min；在电感耦合反应等离子体刻蚀机中通入纯氧进行刻蚀，利用物理小面现象刻蚀圆台结构。本制作方案使用的电感耦合反应等离子体刻蚀机，刻蚀参数如下：rf功率：50～100w，icp功率：600～800w，o2流量：30～50sccm，压强：10～20mtorr；刻蚀时间10～20min。利用丙酮超声20s～40s去除剩余的光刻胶；获得金刚石硅空位色心纳米柱波导阵列其上表面直径为50nm～200nm。
11、步骤2)：硅空位色心传感器制备
12、将音叉器件的末端与电路板的电极形成电气连接，然后将转接梁连接到音叉器件的前端，再将金刚石基片不设置有硅空位色心的一面连接在转接梁上，相对的一面设置有金刚石硅空位色心纳米柱波导阵列；形成多个含有硅空位色心的探头，得到硅空位色心传感器。所述电路板的长为10～80mm，宽为10～80mm，厚度为0.2～6mm；所述转接梁的长为0.5～5mm，宽为0.05～2mm，厚度为10～300μm；所述金刚石基片的长为10～500μm，宽为10～500μm，厚度为50～100μm。
13、有益效果：
14、本技术提供的金刚石硅色心传感器设置有金刚石纳米柱波导阵列，形成多个含有硅空位色心的探头，提高了硅空位色心传感器的效率和使用寿命。且实现了多组微小尺寸传感器的集成，提升所探测外界磁场、温场、微波场位置、距离、强度、方向等信息精度。
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1.一种基于硅空位色心传感器，结构包括：电路板(1)、电极(2)、音叉器件(3)、转接梁(4)、金刚石基片(5)、金刚石纳米柱波导阵列(6)；其特征在于，所述电路板(1)为印刷电路板，长度为2～80mm，宽度为2～80mm，厚度为0.1～10mm；所述电极(2)为金属电极，设置在电路板(1)上；所述音叉器件(3)为石英音叉器件，音叉器件(3)的末端与电路板(1)的电极(2)电气连接；所述转接梁(4)为玻璃转接梁或硅悬梁；转接梁(4)设置在所述音叉器件(3)的前端，转接梁(4)透过硅空位色心所发出的荧光及激发硅空位色心的激光；转接梁(4)的长为0.01～6mm；宽为0.01～6mm；厚度为10～800μm；所述转接梁(4)露出音叉器件部分的长度为50～800μm，以保证硅空位色心的荧光不被音叉遮挡；所述金刚石基片(5)的长度为10～600μm；宽为10～600μm；厚度为5～500μm；金刚石基片(5)的一面与转接梁(4)相连接，该面抛光粗糙度小于1nm，通过透光环氧树脂固定；所述金刚石纳米柱波导阵列(6)设置在与转接梁(4)连接面相对的一面，该阵列中金刚石纳米柱波导的数量为1×1
2.根据权利要求1所述的一种基于硅空位色心传感器，其特征在于，所述电极(2)设置在电路板(1)的同一表面的两侧对称位置，且对称的两个金属电极无电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于硅空位色心传感器，其特征在于，所述转接梁(4)可透光波长为532～800nm，转接梁(4)的长为0.1～2mm；宽为0.01～2mm；厚度为10～200μm；所述转接梁露出音叉器件部分的长度为400～600μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于硅空位色心传感器，其特征在于，所述金刚石基片(5)的长度为50～200μm；宽为50～200μm；厚度为10～100μm；所述金刚石基片的一面与转接梁(4)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于硅空位色心传感器，其特征在于，金刚石纳米柱波导阵列(6)数量为2×2～60×60；每个金刚石纳米柱波导上表面直径为100～600nm；所述硅空位色心从表面开始深度为10～300nm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于硅空位色心传感器，结构包括：电路板(1)、电极(2)、音叉器件(3)、转接梁(4)、金刚石基片(5)、金刚石纳米柱波导阵列(6)；其特征在于，所述电路板(1)为印刷电路板，长度为2～80mm，宽度为2～80mm，厚度为0.1～10mm；所述电极(2)为金属电极，设置在电路板(1)上；所述音叉器件(3)为石英音叉器件，音叉器件(3)的末端与电路板(1)的电极(2)电气连接；所述转接梁(4)为玻璃转接梁或硅悬梁；转接梁(4)设置在所述音叉器件(3)的前端，转接梁(4)透过硅空位色心所发出的荧光及激发硅空位色心的激光；转接梁(4)的长为0.01～6mm；宽为0.01～6mm；厚度为10～800μm；所述转接梁(4)露出音叉器件部分的长度为50～800μm，以保证硅空位色心的荧光不被音叉遮挡；所述金刚石基片(5)的长度为10～600μm；宽为10～600μm；厚度为5～500μm；金刚石基片(5)的一面与转接梁(4)相连接，该面抛光粗糙度小于1nm，通过透光环氧树脂固定；所述金刚石纳米柱波导阵列(6)设置在与转接梁(4)连接面相对的一面，该阵列中金刚石纳米柱波导的数量为1×1～100×100；...
【专利技术属性】
技术研发人员：李柳暗，朱盈，王启亮，成绍恒，李红东，吕宪义，
申请(专利权)人：宜宾吉林大学研究院，
类型：新型
国别省市：
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