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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

(한국공학대학교, 한국공학대학교 일반대학원)

지도교수
남옥현
발행연도
저작권
한국공학대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수22

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다이아몬드 NV－center의 양자 응용을 위한 질소 in-situ 도핑 및 선택적 성장에 관한 연구 by Seongmin Kang Advisor : Prof. Okhyun Nam, Ph.D. Dept. of Nano&Semiconductor Engineering Graduate School Tech University of Korea 본 연구에서 우리는 다이아몬드 NV－ center의 양자 센서 응용을 위해 마이크 로파 플라즈마 CVD (MPCVD)의 다양한 성장 조건을 변수로 하여 다이아몬드의 성장 거동을 분석하였다. 우선 다이아몬드의 성장 및 도핑 조건을 확보하기 위 해 가공되지 않은 평탄한 단결정 CVD 다이아몬드 기판을 이용하여 질소 in-situ 도핑 실험을 진행, 각 성장 조건별 전체 질소 농도 및 성장속도(SIMS), 표면 특성(AFM), 광학적 특성(PL 스펙트럼), 치환 질소 농도(ESR), 양자 스핀 특성(ODMR)을 분석하였다. 그 후 선택적 성장을 위하여 포토 공정과 원형 홀 패턴의 티타늄(Ti) 금속 마스크를 증착, Lift-off 후 다이아몬드 성장이 진행되었다. 선택적 성장 실험은 도핑 되지 않은 성장(UD)시리즈와 질소 도핑(ND) 시리즈로 미세구조 성장이 진 행되었으며, UD 시리즈에서는 마이크로파 파워와 메탄/수소 비율을 변수로 성 장 형태(SEM)와 결정성(Raman)을 분석하였고, ND 시리즈에서는 질소 함유량을 변수로 성장 형태(SEM)와 광학적 특성(PL 스펙트럼, 맵)을 분석하였다.

목차

  1. TABLE OF CONTENTS ⅰ
    LIST OF TABLES ⅳ
    LIST OF FIGURES ⅳ
    ABSTRACT ⅷ
    CHAPTER 1. 서론· 1
    1.1 양자물질 1
    1.1.1 이온 큐비트 2
    1.1.2 퀀텀 닷 3
    1.1.3 초전도 큐비트 3
    1.1.4 다이아몬드 NV－ center 4
    1.2 다이아몬드 NV－ center를 이용한 양자센서 응용 · 5
    1.3 다이아몬드 NV－ center 형성 방법 6
    1.3.1 자연적인 NV－ center 형성 · 6
    1.3.2 이온 주입을 통한 NV－ center 형성 7
    1.4 자계민감도 9
    1.4.1 NV－ center의 밀도· 9
    1.4.2 결맞음 시간· 10
    1.4.3 광추출 효율· 11
    1.5 자계민감도 향상을 위한 방법 11
    1.5.1 결맞음 시간 향상 : 질소 in-situ 도핑 11
    1.5.2 광추출 효율 향상 : 미세구조 형성 14
    1.6 연구동기 · 15
    CHAPTER 2. 실험 방법 · 17
    2.1 다이아몬드 성장과 도핑 : MPCVD 17
    2.2 측정 및 분석 20
    2.2.1 AFM 20
    2.2.2 Raman / PL · 21
    2.2.3 SEM 22
    2.2.4 SIMS 23
    2.2.5 ESR 24
    2.2.6 ODMR 25
    CHAPTER 3. 질소 in-situ 도핑 실험 27
    3.1 질소 in-situ 도핑 실험 과정 27
    3.2 질소 in-situ 도핑 실험 결과 및 고찰 29
    3.2.1 전체 질소 농도 및 성장속도분석 29
    3.2.2 표면 분석 31
    3.2.3 광학적 특성 분석 32
    3.2.4 치환 질소 및 스핀특성분석 33
    CHAPTER 4. 선택적 성장 실험 36
    4.1 선택적 성장 실험 과정 36
    4.2 선택적 성장 실험 결과 및 고찰· 39
    4.2.1 UD 시리즈 : 성장 거동 분석 · 39
    4.2.2 UD 시리즈 : 결정성 분석 · 41
    4.2.3 ND 시리즈: 성장 거동 분석 43
    4.2.4 ND 시리즈 : 광학적 특성 분석 44
    CHAPTER 5. CONCLUSION 46
    REFERENCES 48
    RESEARCH ACHIEVEMENTS 51
    ABSTRACT (English) 52
    ACKNOWLEDGMENT 54

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