이종 기판에서 자란 다이아몬드 결정을 사용하여 매우 민감한 바카라 규칙 센서를 성공적으로 개발했습니다

다이아몬드는 바카라 규칙 재료로서 높은 잠재력을 가지고 있습니다 이 연구 그룹은 질소 (N)가 원래 탄소 (C)가있는 곳에 위치하고 공석 (v)이 옆에 위치한 빈 복합체 (NV 중심)에 대한 바카라 규칙 센서 응용 프로그램을 연구하고 있습니다 NV 중심을 사용하는 다이아몬드 바카라 규칙 센서의 특징에는 넓은 온도와 압력 하에서 넓은 동적 범위에서 작동하는 견고성과 자기장, 전기장, 온도 및 압력과 같은 물리적 특성을 동시에 측정 할 수있는 다중 모드가 포함됩니다

현재까지, 다이아몬드 바카라 규칙 센서에 사용 된 합성 다이아몬드 결정 기판은 고온 고압 CVD 성장 (HPHT 방법) 또는 고온 고압 고압 방법에 의해 형성된 다이아몬드 결정에 대한 고온 고압 방법 (HPHT 방법)을 사용하여 사용되었습니다 그러나,이 방법은 원래 결정 크기의 제약으로 인해 크기가 몇 밀리미터의 기판 만 달성되었다 산업 대량 생산의 관점에서, 반도체 장치의 결정 기판의 예에서와 같이 직경이 클수록 직경이 클수록, 영역이 클수록 예상됩니다

영역의 크기를 증가시키기 위해 실리콘 기판, SIC 기판, 사파이어 기판 등은 이미 질량 생성 실리콘 기판, SIC 기질, 사파이어 기판 등에 의해 이미 질량 생성되어 있습니다 과거와 인치 크기도 발표되었습니다 그러나, 지금까지, 바카라 규칙 센서에 적합한 (111) 방향을 갖는 넓은 면적 결정 기판은 이종 에피-성장에서 얻어지지 않았으며, 일관성 시간은 또한 여러 μs의 순서에도 불구하고, 고해상도, 고유 한 성장을 사용하여 바카라 규칙 센터로서의 제한된 수의 다이아몬드 결정 기판이 생성된다

이 연구에서, 우리는 고품질 헤테로피 CVD 성장 기술을 사용하여 비 다이아몬드 이종 기판에서 바카라 규칙 센서에 필요한 품질의 다이아몬드 결정 층을 성공적으로 형성했습니다 (그림 1) 직경은 10mm 이상이므로 이전보다 더 큰 영역이됩니다 바카라 규칙 컴퓨터 및 바카라 규칙 센서의 작동 안정성에 대한 지침 인 일관성 시간 (T2)이 측정되었을 때, 이번에는 다이아몬드 결정 층의 NV 중심 T2가 20 μs 이상이었으며, 바카라 규칙 센서에 적용 할 수있는 품질을 달성했습니다

바카라 규칙 센서로서, 합성 된 다이아몬드 결정 기판은 2mm 정사각형으로 처리되고 광섬유 끝에 장착되며 (그림 2) 센서 홀더는 CVD- 자갈 결정의 중요한 결정 방향을 조정할 수있는 정밀 정렬 메커니즘을 갖는다 (도 3) 이 센서를 측정 목표 (Busbar) 위와 아래에 쌍으로 배치하여 차별적으로 작동하면 자기 차폐없이 20 nt/√Hz 이상의 자기 감도를 달성했습니다 이것은 노이즈에 내성이 있고이 연구 그룹의 연구 목표 중 하나 인 EV가 장착 된 배터리 모니터에서 예상되는 고정밀 전류 측정 (10 MA)을 입증했습니다

위 의이 연구는 Heteroepi CVD 성장에 의해 다이아몬드 기판 영역을 증가시킬 가능성과 매우 민감한 바카라 규칙 센서의 적용 가능성을 보여 주었다 이는 대규모 바카라 규칙 품질 품질 다이아몬드 결정 기판 및 바카라 규칙 센서와 같은 고체 바카라 규칙 적용의 가능성을 나타내며, 바카라 규칙 센서를 사용한 생체 측정과 같은 의료 응용 프로그램뿐만 아니라 EV 장착 배터리 모니터와 같은 에너지 장치 응용을 가속화 할 것으로 예상됩니다

이 다이아몬드 바카라 규칙 센서는 생체 친화력과 넓은 동적 범위를 가지며 실내 온도 분위기에서 작동하여 직경 10mm 이상의 넓은 영역을 달성하여 적용 잠재력을 확장하고 산업 대량 생산을 개선 할 수 있습니다 이는 생체 측정 및 에너지 장치 응용과 같은 의료 응용 프로그램에 대한 적용을 가속화 할 것으로 예상됩니다 예를 들어, 대규모 병원에서만 수행 할 수있는 고급 생체 모기적 측정은 도시 전역의 클리닉에서 수행 될 수있어 EV 배터리 사용 효율을 높이고 체중을 10%줄일 것으로 예상됩니다

Optical and Quantum (Q-Leap)을위한 플래그십 프로그램의 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술 부는 "견고한 바카라 규칙 센서의 고급 제어를 통해 혁신적인 센서 시스템 만들기"를위한 혁신적인 센서 시스템 생성 "이 회사는 대규모 상거래 장비에 적용 할 수있는 장비에 적용 할 수 있고, 자동차를 동결 할 수 있고, 자동차와 같은 자동차, 그리고 자동차를 사용하여 사회적 구현을 ​​더욱 홍보 할 것입니다 에너지 장치 응용 또한 QST/SIP 협업을 통해 출시 된 Solid-State Quantum Sensor Consortium은 참여 회사에 기술의 확산을 가속화 할 것입니다

이 연구는 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 광학 및 바카라 규칙 도약 플래그십 프로그램 (Q-LEAP)에 의해 지원되었습니다

(1) 일관성 시간

전자 ​​스핀이 바카라 규칙 특성을 유지할 수있는 시간을 일관성 시간이라고합니다 바카라 규칙 센서의 일관성 시간이 길수록 감도가 더 좋습니다 결정 결함이 거의없는 고품질 결정을 실현함으로써 일관성 시간을 증가시킬 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

(2) NV 센터

다이아몬드 결정의 질소-진증 복합 결함 녹색 여기 광으로 조사 될 때 적색 형광의 변화를 사용하여 실온 분위기에서 고체 바카라 규칙 센서로 작동합니다[참조로 돌아 가기]

(3) 멀티 모달

자기장, 전기장, 온도 및 압력과 같은 여러 물리적 수량을 동시에 측정 할 수 있습니다 온도가 변화하더라도 자기장과 온도는 독립적으로 분리되고 측정 될 수 있으며, 따라서 온도의 영향을받지 않고 자기장을 측정 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

(4) Heteroepip CVD

이종 종자 결정 기판에서 결정 성을 유지하면서 화학 기상 증착 (CVD)에 의한 에피 택셜 성장을 실현하는 기술[참조로 돌아 가기]

게시 된 잡지 :고급 바카라 규칙 기술
논문 제목 : 전기 차량 배터리 모니터를 위해 우선적으로 정렬 된 질소-진동 센터가있는 이종 에피 택셜 (111) 다이아몬드 바카라 규칙 센서
저자 : Kenichi Kajiyama, Moriyoshi Haruyama, Yuji Hatano, Hiramitsu Kato, Masahiko Ogura, Toshiharu Makino, Hitoshi Noguchi, Takeharu Sekiguchi, Takayuki,
doi : 101002/Qute202400400

Mutsuko Hatano
도쿄 과학 대학 공학 연구소 전기 및 전자 공학 교수
연구 분야 : 반도체 장치, 다이아몬드 바카라 규칙 센서

Takayuki Iwasaki
도쿄 과학 대학 공학 연구소 전기 및 전자 공학 교수
연구 분야 : 다이아몬드 바카라 규칙 센서, 바카라 규칙 광원

Toshiharu Makino
바카라 커뮤니티의 Advanced Power Electronics Research Center의 연구팀 책임자
연구 분야 : 반도체 장치, 다이아몬드 바카라 규칙 센서

Hiromitsu Kato
국립 고급 산업 과학 기술 연구소의 고급 전력 전자 연구 센터 수석 수석 연구원
연구 분야 : 크리스탈 성장, 다이아몬드 바카라 규칙 센서