面向微集成的金刚石NV色心与微波天线的一体化

作     者：袁华 马宗敏 郑斗斗 王雪敏 柴笑晗 Yuan Hua;Ma Zongmin;Zheng Doudou;Wang Xuemin;Chai Xiaohan

作者机构：中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 

出 版 物：《微纳电子技术》 (Micronanoelectronic Technology)

年 卷 期：2022年第59卷第2期

页      面：151-155,168页

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：山西省量子传感与精密测量重点实验室资助项目(201905D121001) 山西省回国留学人员科研资助项目(2021-115) 

主　　题：量子传感器 微波天线 氮空位(NV)色心 微纳加工工艺 微集成 

摘      要：针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法。采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过高频结构模拟器(HFSS)仿真软件确定天线尺寸。利用微纳加工工艺和磁控溅射技术在金刚石NV色心表面制作了微波天线,实现了金刚石一体化微波天线。对金刚石一体化微波天线的仿真与实验数据进行对比分析。与传统微波天线相比,设计的天线体积缩小约50%,激发荧光效率和磁场灵敏度分别提升了约20倍和约10 nT/Hz^(1/2)。该方法结合3D打印技术可有望大幅缩小金刚石NV色心量子传感器的体积,对量子器件的微集成化发展具有重要意义。