CC BY
11SSjmSS 18-20 октября 2022 г
Синтез в СВЧ плазме нанокристаллических алмазных плёнок, легированных германием
Мартьянов А.К., Седов В.С., Тяжелов И.А.
Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва Е-mail: art. martyanov@gmail. com
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-71-72 Примесные центры окраски в алмазе обладают уникальными спектральными характеристиками: высокой яркостью и стабильностью при комнатной температуре, высокой квантовой эффективностью, короткими временами затухания
фотолюминесценции и узкими линиями, и представляют интерес для нанофотоники и квантовой оптики [1]. Наиболее активно изучаются центры азот-вакансия (NV) и кремний-вакансия (SiV). Слабее изучены открытые в 2015 году центры окраски германий-вакансия (GeV) в алмазе, обладающие узкой бесфононной линией в спектрах фотолюминесценции на X = 602 нм [2].
В данной работе было произведено легирование поликристаллических алмазных плёнок одновременно азотом и германием. Синтез алмазных плёнок и композитов производился на автоматизированном СВЧ-плазмохимическом реакторе ARDIS 100 (2.45 ГГц) производства компании «Оптосистемы». Полированные монокристаллические кремниевые пластины, используемые в качестве подложек, засеивались детонационными наноалмазами со средним размером частиц 5 нм из суспензии на водной основе. Рост алмаза происходил при следующих параметрах: давление газовой смеси 100 Торр, мощность СВЧ 5 кВт, температура подложки 850 °С. Толщина плёнок контролировалась непосредственно во время синтеза лазерным интерферометром и составляла 2 мкм.
Даже небольшие добавки азота в реактор в процессе CVD синтеза алмаза стимулируют вторичную нуклеацию алмаза и приводят к образованию нанокристаллических плёнок (NCD) вместо стандартных микрокристаллических (MCD). Поэтому был использован также альтернативный способ стимуляции вторичной нуклеации: за счёт повышенной концентрации метана (до 20 %) [3].
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Длина волны
Рис. 1. Спектры фотолюминесценции поликристаллических алмазных плёнок, легированных германием: MCD при 4 % СН4; NCD за счёт добавки азота или повышенной концентрации метана до 20 %.
Установлено, что изменение структуры алмаза за счёт повышения концентрации метана одновременно ведёт к 50-кратному увеличению интенсивности центров GeV В то же время изменение структуры алмаза за счёт добавки азота или воздуха полностью тушит фотолюминесценцию GeV и SiV
Исследование выполнено при финансовой поддержке проекта РНФ № 21-72-10153.
1. Aharonovich I., Neu E. Advanced Optical Materials. 2014, 2(10) 911— 928.
2. Sedov VS. et al. Diamond and Related Materials. 2018, 90, 47-53.
3. Sedov VS. et al. Diamond and Related Materials. 2020, 109, 108072.
