Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications
近年来，化学气相沉积（CVD）金刚石的合成取得了长足的发展，为工程师和设计师提供了大量新的金刚石材料。CVD金刚石具有许多出色的材料特性，可在医疗诊断、水处理、辐射检测、高功率电子产品、消费音频、磁力测量和新型激光等多种应用中实现卓越的性能。通常材料以平面形式合成，然而非平面几何形状也是可能的，并且能够实现许多关键应用。本文综述了单晶和多晶CVD金刚石的材料特性和特点，以及如何利用这些特性，特别是光学，电子学和电化学。它还总结了CVD金刚石如何根据合成一致和工程高性能产品的能力为特定应用量身定制。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Dark defect charge dynamics in bulk chemical-vapor-deposition-grown diamonds probed via nitrogen vacancy centers
虽然化学气相沉积（CVD）是合成金刚石晶体的首选途径之一，但对生长过程中产生的点缺陷的全面了解仍然不完整。在这里，我们利用1b型CVD金刚石中氮空位（NV）中心的电荷和自旋特性来暴露光学和磁性暗点缺陷，尽管与取代氮的丰度相当（如果不大于），但迄今为止几乎未被注意到。间接检测到的光致发光光谱表明，施主态1.6电子伏特以上的价带，但缺陷的微观结构和成分仍然难以捉摸。我们的研究结果可能会证明相关的依赖CVD生长的单晶金刚石的应用程序的增长。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Preferential orientation of NV defects in CVD diamond films grown on (113) substrates
在（113）取向的衬底上成功地生长了厚的CVD金刚石层。它们表现出光滑的表面形态和与（100）电子级材料相当的晶体质量，并且比（111）生长的层好得多。获得了高的生长速率（15-50 μm/h），同时可以在相当宽的范围内实现氮掺杂，而不会严重影响晶体质量。进行电子自旋共振测量以确定NV中心取向，并得出结论，当（100）生长层在4个可能的方向上显示出相等的分布时，一个特定取向的发生概率为73%。测得的自旋相干时间约为270 μs，与同位素纯度相似的材料的自旋相干时间相当。虽然（111）生长层（几乎100%）实现了更高程度的优先取向，但（113）取向的生长和后处理的容易性使其成为磁力测量或其他量子力学应用的潜在有用材料。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence centers in proton irradiated single crystal CVD diamond
金刚石显示出各种各样的发光中心，这些发光中心定义了其光学性质，并且可以通过照射来创建或修改。本工作的主要目的是研究的几个这样的中心在同质外延单晶CVD金刚石的辐射硬度以下的光致发光和离子发光的演变2 MeV质子辐照。观察到的发光衰减的值的注量在一半的起始发光（F1/2）的顺序为1014 cm-2。3 H中心表现出非单调的行为，增长的行为和随后的衰减与一个相当高的F1/2值（在几个1016 cm-2的顺序），保持在最高的能量密度的强度显着高于蓝色的A带。一个简单的模型的基础上的双指数趋势被定义为符合令人满意的精度的3 H中心的演变。几个PL中心（即：3 H，TR 12，491 nm，494 nm）在它们的通量依赖性中表现出明显的相关性和反相关性，这被认为是试图获得一些洞察它们可能的替代属性。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Optical Detection of Paramagnetic Defects in a CVD-grown Diamond
化学气相沉积（CVD）生长的金刚石中的氮空位中心（NV中心）的电子自旋形成磁场和温度的理想探针，以及用于量子信息处理的有前途的量子位。因此，研究和控制这种高纯度晶体中NV中心的磁环境对于这些应用是必不可少的。我们演示了光学检测的顺磁性物质，如氢相关的复合物，在CVD生长的金刚石。通过采用沿[100]晶向的磁场扫描，NV中心的极化电子自旋到这些物质的电子自旋的共振转移在NV光致发光中产生显著的特征。我们的研究结果提供了更详细的CVD生长过程的研究，以及为相干控制的超极化顺磁性物种的新型类的自旋的前景。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single photon emission from silicon-vacancy centres in CVD-nano-diamonds on iridium
我们介绍了一种通过微波等离子体辅助CVD生长在铱上制备高质量、空间隔离的纳米金刚石的方法。我们进行光谱的单硅空位（SiV）的纳米金刚石生长过程中产生的中心。该色心在室温下具有非常窄的零声子谱线，其波长可达0.7 nm。饱和时的单光子计数率高达4.8 Mcps，使这些SiV中心成为迄今为止最亮的基于金刚石的单光子源。我们首次测量了单个SiV中心的精细结构，从而证实了所研究的色心的原子组成。
2010-11-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Growth rate and EBSD texture analysis of nitrogen doped diamond films
采用直流化学气相沉积（CVD）方法，通过改变气源中氮气的添加量制备了金刚石薄膜。利用高分辨电子背散射衍射（HR-EBSD）和X射线衍射（XRD）研究了氮的加入对异质外延多晶金刚石薄膜织构和晶粒形状演变的影响。分析表明，添加1.5%的N2到CH 4气流导致{110}纤维织构的强烈增强。这种现象进行了讨论的竞争性增长的选择机制。
2008-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Quality assessment of in situ plasma etched diamond surfaces for CVD overgrowth
原位等离子体刻蚀是制备金刚石外延生长衬底的常用方法。然而，目前还没有一种实用的、直接的、定性的方法来评估蚀刻预处理的性能。我们提出了一个优化的预处理过程的理由，高分辨率的X射线衍射测量判断的金刚石衬底的结构质量增益和抛光引起的亚表面损伤去除的有效性。所获得的数据表明，金刚石衬底的厚度或取向差角等参数似乎影响结构质量的增益。然而，当讨论材料去除量和所产生的粗糙度时，工艺持续时间是一个重要的关键因素。此外，氧氢比的影响进行了检查。随着氧气含量的增加，结构质量增益保持不变，只有整体以及局部平均粗糙度呈指数增加。在所利用的反应器设置中，在20分钟的原位氢等离子体蚀刻步骤之后获得最佳结果。然而，最佳的预处理工艺总是体现一种折衷，需要针对每种反应器类型进行优化。由于引入的方法，更好地评价和比较的成就是可信的。
2021-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Microwave power and chamber pressure studies for single-crystalline diamond film growth using microwave plasma CVD
本研究系统探究微波功率与腔室压力对MPCVD法生长单晶金刚石膜的影响，优化参数下获得高纯度均匀(100)取向单晶膜，为大面积高纯度金刚石制备的工艺优化提供支撑。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Size dependent etching of nanodiamond seeds in the early stages of CVD diamond growth
本研究通过实验结合基于Young-Laplace方程的尺寸效应模型，揭示了MWCVD条件下爆轰纳米金刚石籽晶的尺寸依赖刻蚀规律，可用于估算生长和刻蚀速率系数。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Control of surface and bulk crystalline quality in single crystal diamond grown by chemical vapour deposition
为了改进基于通过化学气相沉积（CVD）生长的单晶金刚石的现有技术的性能，并且为了在诸如量子计算或固态和半导体盘状激光器的领域中开辟新技术，对表面和体晶体质量的控制是非常重要的。使用Ar/Cl气体混合物的电感耦合等离子体（ICP）蚀刻被证明可以去除机械加工表面的亚表面损伤，同时保持宏观平面度和微观尺度上的低粗糙度。高品质单晶CVD金刚石中的位错被证明是通过使用具有低表面损伤和低密度扩展缺陷的组合的衬底来减少的。衬底工程，使得只有少数的缺陷相交的外延表面也被示出导致位错密度的减少。本文报道了单晶CVD金刚石双折射的各向异性。超低双折射板（< 10-5）现在可用于固态盘状激光器的腔内散热器，并且应用不再受去偏振损耗的限制。沿垂直于CVD生长方向的方向小于5 × 10-7的BiNbO 3已在异常高质量的样品中得到证实。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Probing Growth-Induced Anisotropic Thermal Transport in CVD Diamond Membranes by Multi-frequency and Multi-spot-size Time-Domain Thermoreflectance
GaN基高电子迁移率晶体管的最大输出功率受到局部自加热引起的高沟道温度的限制，这降低了器件的性能和可靠性。随着这些设备内产生的热通量达到接近太阳表面的十倍的量级，化学气相沉积（CVD）金刚石是一种有吸引力的候选物，以帮助提取这种热量，从而保持这些高功率电子设备的工作温度尽可能低。由于观察到的不均匀结构，CVD金刚石膜表现出3D各向异性热导率，这可能导致与给定应用中预期的冷却性能显著不同。本文采用时域热反射法（TDTR）从11.8 μ mCVD金刚石膜的成核面测量了金刚石膜的热性质。从大于膜厚度的光斑直径开始，在1.2 MHz至11.6 MHz的各种调制频率下进行测量，以调整热渗透深度，随后通过TDTR对金刚石部分进行采样。我们将膜分为十个子层，并假设各向同性的热导率在每个子层。由此，我们观察到该膜的深度依赖性热导率的2D梯度。通过在多个频率下测量同一区域的较小光斑尺寸，分别提取了面内和跨面热导率。通过使用多个光斑尺寸和调制频率，通过将实验数据拟合到热模型，实验获得CVD金刚石膜的3D各向异性热导率。这项工作提供了洞察力，以提高对CVD多晶金刚石膜的热传导不均匀性的理解，这是很重要的高功率电子设备的热管理应用。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer effects, thermo- and photochromism in single crystal CVD synthetic diamond
本文报道了热处理和紫外辐照对单晶CVD合成金刚石的点缺陷浓度和光吸收曲线的影响。所有的热处理都低于850 K，这低于生长温度，不太可能导致任何结构变化。紫外-可见吸收光谱测量表明，热处理（823 K）后，各种宽吸收功能减少：在270 nm的吸收带（用于推导中性单取代氮（NS 0）浓度），也有两个广泛的功能集中在约360和520 nm。点缺陷中心浓度作为温度的函数也推导出使用电子顺磁共振（EPR）光谱。在~500 K以上，我们观察到NS 0中心的浓度降低，同时带负电荷的氮-空位-氢复合物（NVH \bar）浓度增加。两个跃迁都表现出0.6和1.2 eV之间的活化能，这低于NS 0供体的活化能（~1.7 eV）。最后，发现用强烈的短波紫外光照射样品恢复了NS 0浓度，也恢复了270，360和520 nm的吸收特征。从这些结果中，我们假设一个价带介导的NVH和单氮中心之间的电荷转移过程与NVH的受体陷阱深度为0.6- 1.2 eV。由于NS 0浓度的损失大于NVH \bar浓度的增加，我们还建议存在另一种未知受体，其能量与NVH相似。CVD合成金刚石的颜色在多大程度上取决于先前的历史进行了讨论。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent creation of nitrogen-vacancy centers in CVD diamond layers
在这项工作中，我们探索的能力，等离子体辅助化学气相沉积（PACVD）在高功率密度下操作，以生产薄的高品质的金刚石层与负电荷的氮空位（NV-）中心的受控掺杂。这种发光缺陷具有特定的物理特性，使其适合作为一个可寻址的固态电子自旋测量磁场与前所未有的灵敏度。为此，理想情况下，相对大量的NV-中心（> 10^12 cm^-3）应该位于靠近表面的薄金刚石层（几十nm）中，这对于使用PACVD技术实现特别具有挑战性。在这里，我们表明，有意的温度变化可以被利用来调整生长过程中的NV-创建效率，允许工程复杂的堆叠结构与可变掺杂。因为这种温度变化可以快速进行，并且气相组成没有任何变化，所以可以生长薄层。测量结果表明，尽管温度变化，使用这种技术结合的发光中心表现出自旋相干性的性质类似于超纯体晶体中达到的那些，这表明它们可以成功地用于磁力测量应用。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci
CVD diamond single crystals with NV centres: a review of material synthesis and technology for quantum sensing applications
金刚石是各种色心的宿主，这些色心表现出出色的光学和自旋特性。其中，氮空位（NV）中心是迄今为止研究最多的，由于其优越的特性，这保证了高度复杂的量子器件，特别是传感应用的发展。然而，利用这些中心的潜力主要依赖于高质量和纯度的金刚石单晶的供应，需要为此目的专门设计和工程。等离子体辅助化学气相沉积（CVD）技术已成为该领域研究的关键技术。氮确实可以以受控的方式直接原位掺杂到高结晶质量的金刚石基质中，从而允许产生可以潜在地集成到器件中的单个隔离中心或集合体。本文综述了化学气相沉积法制备量子级金刚石薄膜的要求。这些包括减少杂质和限制相干时间的周围自旋，在宽范围的浓度下控制NV密度以及它们在金刚石内的空间定位。本文还讨论了增强色心的电荷状态和择优取向。材料制造的这些改进有助于将金刚石定位为最有前途的固态量子系统之一，而传感领域的第一批工业应用才刚刚开始出现。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Native NIR-emitting single colour centres in CVD diamond
单光子源是发展量子技术的基本要素，基于钻石色心的源是最有希望的候选者之一。众所周知的NV中心的特点是有几个限制，因此很少有其他缺陷最近被认为是。在目前的工作中，我们详细描述了本地有效的单色中心发射在近红外标准IIa单晶和电子级多晶商业CVD金刚石样品。在前一种情况下，在真空中的高温退火过程是必要的，以诱导具有良好的发射性能的发光中心的形成/激活，而在后一种情况下，退火过程对市售样品中的天然中心的数量和性能具有边际有益影响。尽管在几种光物理性质（发射波长、发射速率不稳定性、饱和行为）上显示出显著的可变性，但这些中心通常显示出作为单光子源的应用的吸引人的光物理性质：短寿命、高发射速率和强偏振光。本机中心暂时归因于杂质纳入高品质的IIa型样品的CVD生长过程中的金刚石晶体，并提供有前途的前景，在金刚石为基础的光子学。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation of nitrogen-vacancy ensembles in diamond for quantum sensors: Optimization and scalability of CVD processes
金刚石中的氮空位（NV）中心的集合体是实用量子传感器的领先平台。具有所需性能的NV系综的可重复和可扩展制造至关重要。这项工作通过开发化学气相沉积（CVD）合成工艺来解决这些挑战，以大规模生产具有针对目标NV密度的改善的NV系综性质的金刚石材料。在这项工作中报告的材料，使当前设备的灵敏度立即改善。此外，在这项工作中建立的技术，在CVD合成过程的不同阶段的材料和传感器表征提供指标，为未来的努力，针对其他NV密度或样品的几何形状。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Guiding principles for the design of a chemical vapor deposition process for highly crystalline transition metal dichalcogenides
本研究针对CVD前驱体化学对TMD成核密度与晶粒尺寸的影响机制不明确的问题，提出高结晶度TMD的CVD工艺设计指导原则，构建定量模型解释晶粒尺寸差异规律，为前驱体体系设计提供支撑。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Formation of metallic nano-crystals from gel-like precursor films for CVD nanotube growth: An in-situ TEM characterization
在透射电子显微镜（TEM）中通过原位退火观察连续Fe（NO3）3催化剂膜的演变。这种催化剂通常用于碳纳米管的催化生长。实验表明，在300 ℃左右，凝胶状膜已经形成结晶颗粒。在通常的700 ℃的碳纳米管生长温度下，颗粒是具有对数正态尺寸分布的单晶。观察结果还表明，尽管颗粒具有晶体结构，但仍具有高迁移率。实验允许获得有关催化剂膜的化学性质和结晶度的详细信息，这为解释通过化学气相沉积的碳纳米管生长提供了有价值的信息。
2005-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Germanium Segregation in CVD Grown Sige Layers for Flash Memory Application
通过低压化学气相沉积结合炉氧化和快速热退火形成嵌入SiO2中的球形结晶Ge纳米点的2D层。通过透射电子显微镜和卢瑟福背散射光谱法对样品进行了结构表征，并通过测量CV和IV特性对样品进行了电学表征。结果表明，高密度Ge点的形成是由于氧化引起的Ge偏析。这些点位于SiO2中，与衬底的平均距离为5 nm。高频CV曲线的滞后行为证明了结晶Ge纳米点层中电荷存储效应的强有力证据。
2008-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature photo-chromism of silicon vacancy centers in CVD diamond
金刚石中的硅空位（SiV）中心通常存在于三种稳定的电荷状态中，SiV 0，SiV-和SiV 2-，但研究导致它们形成的过程是具有挑战性的，特别是在室温下，由于它们的光致发光速率完全不同。在这里，我们使用共聚焦荧光显微镜激活和探测在环境条件下所有三个电荷状态之间的电荷相互转换。特别是，我们见证了SiV 0的形成通过两步捕获扩散，光生空穴，一个过程中，我们暴露通过直接SiV 0荧光测量在低温和共聚焦显微镜观察在外部施加的电场的存在下。此外，我们表明，连续红色照明诱导的逆过程，首先转化SiV 0到SiV-，然后到SiV 2-。我们的研究结果揭示了SiV的电荷动力学，并为纳米传感和量子信息处理提供了机会。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Extending spin dephasing time of perfectly aligned Nitrogen-Vacancy centers by mitigating stress distribution on highly misoriented chemical-vapor-deposition diamond
本文提出通过增大（111）金刚石衬底偏轴角来缓解CVD金刚石薄膜应力分布，从而延长完美取向NV中心系综的T2*，为高灵敏度量子传感器提供高质量金刚石合成方法。
2023-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Engineering NV Centers via Hydrogen-Driven Defect Chemistry in CVD Diamonds for Quantum Applications: NVHx Dissociations into NV, Origin of 468nm Center, and Cause of Brown Coloration
本文通过杂化DFT计算和光谱分析揭示了CVD金刚石中氢在NV色心形成中的关键作用，鉴定468nm中心为NVH-缺陷，并证明NVHx复合物在辐照退火后解离为NV色心，为优化量子应用金刚石合成提供了统一缺陷化学图景。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Single-photon emission from Ni-related color centers in CVD diamond
金刚石色心具有室温下长时间稳定发光的特性，是实现单光子源的理想材料。受欢迎的氮空位中心显示单光子发射，但在大的声子展宽光谱（~ 100 nm）内，这强烈限制了其在量子通信中的应用。相比之下，镍相关的中心在室温下表现出窄的发射线。本文研究了离子注入Ⅱ a金刚石单晶产生的Ni和Si单色心。我们使用的系统变化的离子剂量在10^8/cm ^2和10^14/cm ^2之间，能量在30 keV和1.8 MeV之间。Ni相关中心在近红外光谱范围（~ 770 nm至787 nm）内显示出具有小线宽（~ 3 nm FWHM）的发射。强度关联函数的测量证明了单光子发射。饱和度测量产生77.9 kcounts/s的相当高的饱和计数率。极化相关的测量表明存在两个正交的偶极子。
2010-06-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Superconducting Diamond on Silicon Nitride for Device Applications
化学气相沉积（CVD）生长的纳米金刚石是一种具有吸引力的器件材料。对于某些器件结构，优化其在氮化硅上的生长是必不可少的。在这里，三个生长前的表面处理，经常采用的清洗方法的氮化硅的效果进行了研究。这样的处理通过表面功能的改性提供对基底的表面电荷的控制，允许静电金刚石晶种密度的优化。Zeta电位测量和X射线光电子能谱学（XPS）用于分析每次处理后的氮化硅表面。将氮化硅暴露于氧等离子体中为氢封端的金刚石纳米颗粒单层的静电自组装提供了最佳的表面条件。随后在CVD条件下在改性的氮化硅衬底上生长硼掺杂的纳米晶金刚石薄膜，产生用于氧等离子体和溶剂处理的聚结膜，而在RCA-1处理后观察到金刚石膜的针孔。在氧等离子体处理的氮化硅上生长的金刚石具有最强的超导转变，表明它具有最小的结构无序性。对衬底表面的改性优化了在氮化硅器件上制造金刚石的播种和生长过程。
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
CVD-growth of ultra-pure diamond, generation of NV centers by ion-implantation and their spectroscopic characterization for quantum technological applications
摘要近年来，金刚石中的氮空位（NV）中心在量子技术中的应用引起了人们的广泛关注。NV心系综的确定性产生可以促进量子传感、多体量子系统、多体纠缠等方面的研究，本文报道了金刚石中NV心的确定性产生及其表征的全过程：通过化学气相沉积（CVD）生长金刚石薄膜、离子注入和共焦显微镜对缺陷心的光谱表征。本文介绍了一种用于制备单晶同质外延金刚石薄膜的微波辅助化学气相沉积装置。薄膜的制备与最小化的氮浓度，这是通过光致发光测量证实。我们展示了一种原位超高真空（UHV）注入和加热过程中使用一种新的实验装置创建NV中心。第一次热注入已被证明可以防止表面充电效应。我们没有观察到由于超高压加热导致的石墨化。通过优化注入参数，可以以精确的方式注入NV中心。我们提出了大面积映射的样品，以确定中心的分布和描述的光谱技术的中心的表征。减少由环境噪声引起的退相干对于量子技术中的许多应用是至关重要的。我们证明了改善的相干时间T_{2}的NV自旋通过抑制它们与周围的自旋浴使用强大的动态去耦序列的相互作用。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Observation of transferred-electron oscillations in diamond
转移电子振荡器（transferred electron oscillator，TEO）是一种用于微波应用的器件，它利用负微分迁移率（negative differential mobility，NDM）效应产生连续振荡。最近，在本征单晶化学气相沉积（SC-CVD）金刚石中观察到NDM。这种现象可以用不同导带谷之间的电子再布居来解释。本文介绍了基于NDM效应构造金刚石TEO的结果。对三种不同厚度的金刚石样品进行了不同电压、温度和谐振腔参数的实验研究。在90-300 K的温度范围内，我们观察到金刚石中的转移电子振荡。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silane-Catalyzed Fast Growth of Large Single-Crystalline Graphene on Hexagonal Boron Nitride
在电介质衬底上直接生长高质量的石墨烯大单晶畴对于电子和光电子学中的应用至关重要。传统上，在石墨烯上生长的石墨烯域通常仅为~ lnm，生长速率为~ lnm/min或更小，主要原因是缺乏催化剂。在这里，我们表明，硅烷，作为一种气态催化剂，是能够提高石墨烯的生长速率~1 μ m/min，从而促进石墨烯域的大小高达20 μ m的合成通过化学气相沉积在六方氮化硼。霍尔测量表明，样品在室温下的迁移率达到20，000 cm 2/Vs，这是CVD生长的石墨烯中最好的。结合催化CVD和超平介电衬底的优点，气相催化剂辅助CVD为合成用于器件应用的高质量石墨烯铺平了道路，同时避免了转移过程。
2015-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Production of oriented nitrogen-vacancy color centers in synthetic diamond
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心是一个有吸引力的候选者，其应用范围从磁性测量到量子信息处理。在这里，我们表明，只有一小部分的氮（通常<0.5%），在同质外延金刚石生长的化学气相沉积（CVD）是在未装饰的NV-中心的形式。此外，对在（110）取向衬底上生长的CVD金刚石的研究表明，NV-中心仅沿着[1 - 11]和[-1-11]方向而不是四种可能的取向接近100%优先取向。结果表明，随着金刚石的沉积，NV中心以单元的形式生长，而不是通过其组分的迁移和缔合。NVH-的NV单元类似地优先取向，但不可能确定该缺陷是由优先对准的NV中心处的H捕获形成的还是作为完整的单元形成的。将NV取向的数量从4个取向减少到2个取向应导致光学检测的磁共振对比度增加，从而提高基于系综的磁力测定中的磁灵敏度。
2011-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale CVD Growth of Monolayer Hexagonal Boron Nitride with Large Domain Size by Cu Foil Enclosure Approach
在铜箔上化学气相沉积制备厚度均匀的大畴六方氮化硼（h-BN）具有很大的挑战性，这源于极高的成核密度和反向氢蚀刻竞争反应。我们在此报告的晶片规模的高品质的h-BN单层膜的最大的单晶域尺寸高达72微米的边长使用折叠的铜外壳的方法的成功生长。这种简单而独特的方法高度限制了生长空间，使成核中心急剧减少，并有效抑制了氢蚀刻反应。首次揭示了h-BN单层膜的取向与生长衬底的晶面密切相关，Cu（111）是生长高质量h-BN单层膜的最佳衬底，这与密度泛函理论的计算结果一致。本研究为生长高质量的h-BN薄膜提供了一条切实可行的途径，加深了对h-BN生长过程的基本认识。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
n-Type diamond synthesized with tert-butylphosphine for long spin coherence times of perfectly aligned NV centers
室温下，掺磷的n型金刚石中氮空位中心的自旋相干时间最长。然而，在化学气相沉积（CVD）技术中难以控制杂质掺入和使用剧毒的磷化氢气体给n型金刚石的生长带来了问题。在本研究中，n型金刚石样品的化学气相沉积合成使用叔丁基膦，这是比磷化氢毒性小得多。发现通过逐渐增加H2和CH $_4$的气体流速来抑制无意的氮掺入。霍尔测量证实了在不同的生长条件下制备的三个测量样品的n型导电。在室温下测得的最高霍尔迁移率为422 cm $^2$ /（Vs）。在氮浓度最低的样品中，自旋相干时间（$T_2$）增加到1.62 $\pm$ 0.10 ms。光学检测的磁共振光谱表明，所有测量的NV中心沿[111]方向排列。该研究为生长具有完美排列的NV中心的掺磷n型金刚石提供了合适的CVD条件，该NV中心具有长的自旋相干时间，这对于量子金刚石器件的生产至关重要。
2022-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Behaviour of a muonic atom as an acceptor centre in diamond
利用极化负μ子研究了化学气相沉积（CVD）法合成金刚石中硼受主中心的行为。负μ介子取代碳原子中的一个电子，这个μ原子模仿金刚石中的硼受体杂质。在20 - 330 K的温度范围内，在14 kOe的横向磁场中测量了μ子自旋弛豫速率和自旋进动频率的温度依赖性。第一次在金刚石中观察到μ子自旋进动的负移。这是一个各向异性的超精细相互作用的硼受体初步归因于。磁性测试表明，CVD样品的磁化率接近于最纯净的天然金刚石。
2013-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rapid direct growth of graphene on single-crystalline diamond using nickel as catalyst
虽然理论研究表明石墨烯和金刚石的成功结合将产生有趣的特性，但只有有限数量的报告涉及该主题。在这里，我们提出了一种快速热处理（RTP），其中涉及镍作为金属催化剂，用于在800 $^{\circ}$ C的温度下在金刚石上直接生长石墨烯1分钟。该过程操作的温度较低，持续时间较短的组合比以前报道的。在（100）金刚石单晶表面沉积了不同厚度的Ni薄膜。在RTP之后，发现单层石墨烯的覆盖率为约20%，这通过在50 nm厚的Ni膜上使用拉曼光谱的2D峰和G峰之间的强度比来示出。此外，进行了X射线光电子能谱学和原子力显微镜分析以进行额外的研究。对于电气特性，在80和360 K之间的温度下进行霍尔效应测量。
2022-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Augmenting the spin properties of shallow implanted NV-centers by CVD-overgrowth
基于金刚石缺陷中心的量子寄存器的受控缩放依赖于以高空间分辨率定位NV的能力。使用离子注入，可以以低于20nm的精度放置浅（<10nm）NV，但是与体NV相比，通常显示出降低的自旋性质。我们证明了增强的自旋特性浅注入NV中心使用过生长技术。相干时间提高了一个数量级（T_2 = 250 μs）。缺陷自旋的动态解耦实现ms退相干时间。这项研究标志着朝着实现纳米精度定位的缺陷之间的强耦合又迈出了一步。
2012-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Single-step deposition of high-mobility graphene at reduced temperatures
目前在铜上化学气相沉积（CVD）石墨烯的方法由于多个处理步骤以及制备铜和诱导随后的膜生长所需的高温而复杂化。在这里，我们展示了一种等离子体增强CVD化学，使整个过程在一个步骤中，在降低的温度（< 420 ℃），并在几分钟内发生。铜箔上的生长被发现从排列良好的畴阵列成核，并且随后的膜具有亚纳米平滑度、优异的结晶质量、低应变、很少的缺陷和高达（6.0 +- 1.0）x 10^{4} cm^{2}V^{-1}s^{-1}的室温电迁移率，优于来自热CVD生长的大的单晶石墨烯。这些结果表明，升高的温度和结晶衬底对于合成高质量石墨烯是不必要的。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci
High-Purity Diamond Integration on $β$-Ga$_2$O$_3$ via Microwave Plasma CVD for Enhanced Thermal Management
University of Massachusetts Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）
本文通过微波等离子体CVD在β-氧化镓上集成多晶钻石，研究生长条件对薄膜形貌、晶粒演化、相纯度和光学特性的影响，展示了高纯度钻石薄膜的制备方法及热管理提升的潜力。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Perfect preferential orientation of nitrogen-vacancy defects in a synthetic diamond sample
研究表明，通过在（111）取向金刚石衬底上化学气相沉积（CVD）生长，可以有效地控制金刚石中氮空位（NV）缺陷的取向。更确切地说，我们证明了自发产生的NV缺陷沿着[111]轴取向的概率为~ 97%，对应于四种可能的晶轴中最吸引人的取向。这种近乎完美的择优取向可以通过分析金刚石在（111）取向衬底上的生长机制来解释，并可以扩展到其他类型的缺陷。这项工作是设计用于量子信息和传感应用的优化金刚石样品的重要一步。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
An efficient and low-cost method to create high-density nitrogen-vacancy centers in CVD diamond for sensing applications
提出一种基于Ar+等离子体高能光子的高效低成本方法，在低氮浓度CVD金刚石中制备高密度NV-中心，实现高灵敏度磁场传感。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Probing the Intrinsic Optical Quality of CVD Grown MoS2
二维层状过渡金属二硫属化合物（TMD）的发光效率是影响其光电性能的重要参数之一。因此，非常需要优化化学气相沉积（CVD）的生长参数以实现光电子级质量的TMD。在这里，我们提出了一个系统的光致发光（PL）光谱方法来评估的内在光学和晶体质量的CVD生长的二硫化钼。我们建议，在空气和真空中测量的PL之间的强度比可以作为一种有效的方法来监测CVD二硫化钼的本征光学质量。低温PL测量也被用来评估的缺陷相关的束缚激子发射，这是很好地与场效应载流子迁移率在不同温度下生长的二硫化钼在二硫化钼中的结构缺陷。因此，这项工作提供了一个敏感的，非侵入性的方法来表征的TMD的光学特性，允许调整生长参数的光电子器件的发展。
2016-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantized Failure Criteria and Indirect Observation for Predicting the Nanoscale Strength of Materials: The Example of the Ultra Nano Crystalline Diamond
本文提出了确定材料纳米级强度的理论和统计/实验标准。特别是，在断裂力学，动态断裂力学和疲劳，以及实验间接观察的纳米级强度的量化标准，提出。动态电阻的增加和分形裂纹表面形成的作用也被合理化。分析表明，材料在纳米级也对缺陷敏感（如碳纳米管所证明的那样），与最近发表的论文的结论相反，并且表面比固体的内部部分弱约10%。此外，建议的统计/实验程序应用于预测纳米级强度的超纳米金刚石（UNCD），一种创新的材料，最近才开发出来。
2004-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Engineering quantum-coherent defects: the role of substrate miscut in chemical vapor deposition diamond growth
金刚石中的缺陷，特别是氮空位（NV）中心的工程对于量子科学中的许多应用都很重要。基于金刚石的化学气相沉积（CVD）生长和原位氮掺杂的材料科学方法是调节和优化嵌入缺陷的期望性质的有前途的途径。在此，考虑到嵌入缺陷的相干性，我们探索了衬底错切对金刚石生长速率、氮密度和小丘缺陷密度的影响，并且我们报告了用于工程化金刚石中NV中心的相干系综的目的的0.66° < θ < 1.16°之间的最佳角度范围。我们提供了一个模型，定量描述了丘形核的CVD生长的阶梯流制度，脱落的洞察力的物理丘形成。我们还报告了显着增强的氮在小丘缺陷的掺入，打开的可能性为模板小丘缺陷本地化NV中心合奏量子应用。
2020-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The properties of the nitrogen-vacancy center in milled chemical vapor deposition nanodiamonds
本文通过优化球磨CVD单晶金刚石制备荧光纳米金刚石，证明其NV中心具有接近块材的T1自旋弛豫性质，为可扩展制造高性能量子传感材料提供了新途径。
2025-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of nitrogen-vacancy centers in chemical vapor deposition diamond for sensing applications
金刚石中的氮空位（NV）中心是一个很有前途的量子系统，在其自旋子能级中表现出微小的能量位移的光学读出的磁学应用。NV系综的关键材料要求是高NV $^-$浓度、长自旋相干时间和稳定的电荷状态。然而，这些是相互依赖的，并且在金刚石生长和随后的NV创建期间可能难以优化。本文系统地研究了化学气相沉积金刚石中NV心的形成及其性质。生长期间的氮流量变化超过4个数量级，导致单一替代氮浓度为百万分之0.2-20的宽范围。对于一个固定的氮浓度，我们优化电子辐照通量与两个不同的加速电子能量，我们研究缺陷的形成，通过光学表征。我们讨论了一个一般的方法来确定最佳的照射条件，其中一个增强的NV浓度和最佳的NV电荷状态都可以得到满足。我们实现了自旋-自旋相干时间T $_2$范围从45.5到549 $μ$ s的CVD金刚石含有168至1十亿份NV $^-$中心，分别。这项研究显示了一种途径，以工程师的NV掺杂CVD金刚石的性能，以提高灵敏度。
2021-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Low temperature investigations of single silicon vacancy colour centres in diamond
我们研究了单一的硅空位（SiV）中心的化学气相沉积（CVD）纳米金刚石铱以及一个高品质的，低应力CVD金刚石薄膜中的SiV中心的系综，通过使用温度依赖发光光谱在温度范围5-295 K。我们详细研究了SiV中心的零声子线（ZPL）随温度变化的精细结构。从室温冷却到5 K时，ZPL转变受到非均匀和温度相关的均匀展宽的影响，并发生约20 cm-1的蓝移。我们采用激发功率相关的g（2）测量，探索温度依赖的内部人口动力学的单SiV中心，并推断几乎温度无关的动力学。
2013-03-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Theory of electric, magnetic, and toroidal polarizations in crystalline solids with applications to hexagonal lonsdaleite and cubic diamond
利用群论系统研究晶体固体中的电、磁和环多极序，识别出五类在能带结构中具有独特特征的极化物质，并开发了多极密度指标的一般形式理论，为分类和扩展复杂材料中的多极序理解提供了通用框架。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the effect of varying regime of ion fluence on optical and surface electronic properties of CVD Grown Graphene
在这项工作中，依赖于离子注量的缺陷的形成对石墨烯表面的电子和光学性质的改性的效果进行了研究。采用不同注量的快重离子（70 MeV Si+5）辐照化学气相沉积（CVD）石墨烯，研究了其表面缺陷的形成机制及其对石墨烯表面电子性质如功函数的调节作用.在低离子剂量下，观察到通过空位产生的受体掺杂;而在较高剂量下实现了密集的电子激发主导的扩展缺陷，这随后将结晶石墨烯转化为无定形碳。紫外-可见光谱、拉曼光谱和扫描开尔文探针显微镜（SKPM）的结果支持这一事实。因此，探索了一种新的途径，在SHI辐照下的石墨烯的转变，离子剂量可能是实现在石墨烯中的几个效果的主要因素。
2022-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and Investigation of Nitrogen doped Ultra-Nano-Crystalline Diamond Hall-bar Devices
使用微波辅助等离子体化学气相沉积（CVD），将氮掺杂的超纳米晶体金刚石（N-UNCD）层沉积在非导电金刚石层的顶部上，所述非导电金刚石层本身位于硅晶片上。然后，使用光刻和干法蚀刻技术将该结构成形为各种尺寸的霍尔条器件。在不同温度下，使用无冷冻剂稀释制冷机的设备的电性能进行了研究。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
p-type doping in CVD grown MoS2 using Nb
我们报告的第一个演示的p型掺杂在大面积的（0001）取向的化学气相沉积（CVD）二硫化钼的几层膜。铌被发现作为一个有效的受体，以相对较高的密度在二硫化钼膜。对于4 × 1020 cm-3的空穴密度，确定霍尔迁移率为8.5 cm-2 V-1 s-1，这与理论预期值很好地匹配。XRD和Raman表征表明薄膜具有良好的面外结晶质量。吸收测量结果表明，掺杂样品具有类似的特性，高品质的未掺杂样品，在1.8 eV有一个明确的吸收边。这种在大面积外延MoS 2中的p掺杂的证明可以帮助实现基于层状金属二硫属化物的各种各样的电气和光电器件。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of concentration of XeV and GeV centers in nanocrystalline diamond through He+ irradiation
金刚石中的原子缺陷中心在量子信息、传感、量子光子学等量子应用中有着广泛的应用前景，因此，需要改进和优化金刚石中缺陷中心的制备工艺，以可控的方式产生缺陷中心，并探索新的缺陷中心，以克服当前的技术挑战。通过这封信，我们报告了通过He+辐照提高纳米金刚石（NCD）中Ge和Ge空位中心的浓度。我们已经证明了控制生长的NCD的化学气相沉积（CVD）和注入的锗和锗离子到CVD生长的样品。NCD用He+离子照射，并通过光谱测量进行表征。记录的光致发光的结果显示了一个明确的签名增强的Xe相关的和Ge的空缺在NCD。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Nanometers-thick Ferromagnetic Surface Produced by Laser Cutting of Diamond
在这项工作中，我们证明了用激光（532 nm波长，0.5 mJ能量，200 ns脉宽，15 kHz）切割金刚石晶体在室温下产生$\lesssim 20~$ nm厚的具有磁性有序的表面层。我们用SQUID磁强计测量了五个天然金刚石晶体和六个不同尺寸、氮含量和表面取向的CVD金刚石晶体的磁矩。在300K下，只有沿（100）面取向切割的晶体才能观察到强的铁磁响应。磁信号对于（110）取向弱得多，而对于（111）取向可忽略不计。我们把这种磁有序性归因于激光在金刚石表面产生的无序石墨层。铁磁信号在化学腐蚀或中温退火后消失。所获得的结果表明，激光处理的金刚石可能铺平了道路，在其表面产生铁磁斑点。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci
99.992 % $^{28}$Si CVD-grown epilayer on 300 mm substrates for large scale integration of silicon spin qubits
硅基量子比特在量子点中具有电子自旋或在掺杂剂上具有核自旋，是量子计算竞赛中的有力竞争者。除了工艺集成成熟度之外，在用于量子位的最丰富的$^{28}$硅同位素主晶体中缺乏核自旋是这种硅量子技术的主要资产。我们在300 mm天然丰度硅晶体上生长了同位素纯度大于99.992%的$^{28}$硅外延层（外延层）。单晶同位素纯化外延层的质量符合与我们的工业前CMOS设施中使用的天然外延层相同的严格质量要求。同位素纯化的衬底现在已经准备好使用最先进的300 mm Si CMOS铸造设备和工艺制造硅量子比特
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Diamond chemical vapor deposition on optical fibers for fluorescence waveguiding
已经开发了一种用于在光纤端面上沉积金刚石晶体并将金刚石中的光学活性缺陷产生的荧光捕获到光纤中的技术。这封信详细介绍了金刚石在光纤上的生长和荧光从金刚石中的氮空位（N-V）色心通过光纤的传输。在化学气相沉积（CVD）生长过程中纳入的缺陷浓度的控制也被证明。这是发展基于金刚石中光学活性缺陷中心的光纤耦合单光子源的第一个关键步骤。
2004-11-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Detecting nitrogen-vacancy-hydrogen centers on the nanoscale using nitrogen-vacancy centers in diamond
本文利用金刚石薄层中的 NV 中心作为纳米传感器，结合 DEER 技术实现对 NVH⁻ 中心的纳米尺度探测与定量，从而为高 NV 浓度金刚石的 CVD 生长优化提供快速反馈方法。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
