基于NV色心的晶体管放大器近场分布成像

微波毫米波芯片非破坏高分辨率近场分布成像对高频射频芯片的功能和失效分析至关重要.本实验基于金刚石NV（Nitrogen-Vacancy）色心这一独特的量子体系,选取直径约为14μm的金刚石样品,将其粘附于20μm直径的光纤锥形尖端,制备成高分辨、非破坏、微型化的探针,通过分析NV色心在微波场变化中的基态自旋演化规律,采用全光学的方法,一次性成像,获得芯片表面整体场分布.本文给出了氮化镓高电子迁移率晶体管的近场分布成像图,拟合出光学探测磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance,ODMR）谱图以及Rabi谱图,并对成像结果进行了分析.这一系统具有高效、高分辨、高灵敏度、对近场干扰小等优势,有望为高集成度微波电路故障诊断、天线辐射剖面、微波集成电路电磁兼容测试等应用提供一种全新的方案.     

金刚石NV色心加速度传感效应研究

提出了一种基于金刚石氮空位（NV）色心磁敏感机理的加速度传感方案。永磁体作为质量块,外界加速度使永磁体与NV色心的距离变化,使得作用在金刚石NV色心上的磁场强度发生改变,通过对NV色心电子自旋共振（ESR）荧光信号的分析实现对加速度的检测。实验在沿永磁体轴线方向距表面10mm范围内对加速度效应进行验证。测试得到基于金刚石NV色心的加速度传感可以实现对±0.02g内的加速度进行检测,检测灵敏度为108.31V/g。     

基于金刚石NV色心的超分辨成像技术北大核心CSCD

光学显微镜的出现为细胞等微观结构的研究打开了新的大门,然而衍射极限的限制使得更加精细的结构难以探测。近年来,一些充满创造性的方法突破了衍射极限,达到纳米级分辨率。氮-空位(NV)色心是金刚石中一种常见的发光缺陷,由于其具有明亮而稳定的发光性质和较长的电子自旋相干时间而被广泛应用于量子计算与量子测量中;同时,NV色心在超分辨成像技术中也发挥着巨大作用,通过与各种超分辨成像显微镜的结合,实现了对NV色心的纳米级分辨率成像,而且进一步实现高空间分辨率的量子传感。本文简单介绍了NV色心的结构与性质,以及各类成像技术的基本原理;对NV色心与超分辨成像结合的各项技术实验成果进行了归纳与比较,并对其应用进行了总结与展望。     

金刚石NV色心的制备及应用(特邀)

氮空位(NV)色心是一种具备优良光学性能和自旋特性的金刚石发光缺陷,由于其在超分辨成像技术、量子测量、量子信息等领域的巨大应用前景,近年来吸引了许多科研工作者的关注.目前,人们已经通过多种方法制备浓度和空间位置可控的高品质NV色心,并推动了其在量子传感和量子信息等领域的应用.NV色心的电子自旋哈密顿量与多种物理量有关,...     

基于金刚石NV色心的微角度测量方法

微角度检测在超高精密测量技术中有着重要的作用。研发了一种基于金刚石氮空位(NV)色心的微角度测量方法,其中NV色心作为微角度检测敏感单元,共轴磁铁作为传感单元,由于共轴磁铁和金刚石NV轴之间不同夹角下的磁场强度变化引起金刚石NV色心自旋能级波动,从而使得光学探测磁共振(ODMR)信号漂移,通过闭环频率锁定技术的实时追踪实现微角度的检测。并对微角度测量进行了理论分析和实验测试,理论和实验结果基本一致。同时,通过该方法获得了微角度传感检测的灵敏度为200 mV/deg,分辨率为10 mdeg,系统的等效角度均方根噪声为0.69 mdeg/Hz^1/2。该方法为高灵敏度、高分辨率的微角度检测提供了新的手段,同时实时追踪金刚石多个NV轴,可实现姿态矢量微角度检测。     

全光学非破坏微波场分布成像

随着技术的进步,微波集成电路的复杂度和集成度都在不断提高,并且其特征线宽也在不断减小,因此非破坏高分辨微波场近场成像技术对芯片的功能和失效分析至关重要,目前尚没有成熟的技术路线。文章提出了一种基于金刚石氮空位色心的固态量子体系作为传感单元,通过分析色心基态自旋在共振微波场中的量子态演化规律,采用全光学的方法,获得微波场分布的一种精密测量方法。该方法通过搭建光学成像系统进行一次宽场成像来获得芯片整体的微波场分布,具有高效、对近场干扰小等优点,有望在芯片电磁兼容测试、微波芯片失效分析和天线近场分布成像等应用上提供一种全新的测量方案。     

基于金刚石系综NV色心的温度磁传感特性

基于金刚石系综氮空位(NV)色心量子传感技术,搭建了高精度量子传感温度测量实验平台,探究了金刚石NV色心温度传感特性.通过测试不同温度下的光探测磁共振(ODMR)信号,验证了 NV色心的零场劈裂参数(D)会随着温度(T)变化这一结论,即随着温度的升高,ODMR信号整体往左漂移.测得在293～343 K内,D与T呈线性关...     

面向微集成的金刚石NV色心与微波天线的一体化

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...     

金刚石NV色心磁力计极限灵敏度优化方法北大核心

光探测磁共振（ODMR）信号作为氮空位（NV）色心磁力计进行磁检测的主要手段,其主要受到微波功率强度和激光功率强度的影响。对金刚石NV色心磁力计展开研究,根据其检测原理,探究其极限灵敏度优化方法。搭建了ODMR信号的检测系统,对ODMR信号的激发功率进行了探究。实验结果表明在该实验系统下,微波功率约为60 mW、激光功率约为10 mW是最优的ODMR信号激发功率,可以使磁力计灵敏度达到最优,得到其理论值为17.80 nT/Hz^1/2。为金刚石NV色心磁力计灵敏度的进一步提高提供了改进方法。     

基于磁集聚器的金刚石NV色心磁力计灵敏度的增强

对于金刚石氮空位(NV)色心磁力计,探索新的方法提高其灵敏度具有重要的意义。详细介绍了一种基于闭环反馈的频率调制技术结合磁集聚器的高灵敏度和高分辨率磁测量方法。设计了具有12倍磁放大倍数的T型磁集聚器。通过频率调制技术,磁力计灵敏度由1.5 nT/Hz^1/2提升到0.13 nT/Hz^1/2。同时,通过闭环锁定技术,磁力计最小可检测磁感应强度由10 nT增强到1 nT。该方法在理论和实验上均得到了验证,能够实现磁力计灵敏度和分辨率的提高,为高灵敏度和高分辨率磁力计的设计提供了参考,同时对自旋电子磁共振的基础研究也有着重要的意义。     

微米金刚石聚晶薄膜场发射点的研究

采用微波等离子化学气相沉积方法,以甲烷和氢气为反应气体,在镀有金属钛的陶瓷衬底上,制备了微米金刚石聚晶薄膜.利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征.用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能,结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒.进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能,发现多种因素对场发射的性能有影响.     

基于双频融合的微波全息成像算法研究

针对单频微波全息成像算法在目标距离向分辨率的局限性,提出一种基于双频融合的微波全息成像算法。该算法通过将对目标的照射频率从单频扩展至双频,以获取目标高斯相位信息,并利用此相位信息增加对目标距离向的分辨能力,抑制在单频成像过程中出现的距离混叠效应。利用Matlab对基于双频融合的微波全息成像算法进行性能仿真,并通过在仿真中增加空间采样位置抖动作为非理想因素来检验该算法的实际应用鲁棒性,最终利用实验平台验证该算法在目标探测应用中的有效性。实验结果表明,基于双频融合的成像算法可减少相近目标距离向之间的干扰,有效抑制在单频成像过程中出现的距离混叠效应。     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

基于stolt插值的微波近场成像方法研究

提出了一种毫米波成像方法,并对该成像算法做了详细的推导。同时,对该算法进行了计算机仿真,并通过改变仿真参数着重分析了天线扫描范围、目标之间的间隔以及天线与目标之间的距离对成像空间分辨率的影响。仿真结果表明：利用该算法不但可以准确重建目标的二维像,而且具有良好的分辨率。     

超纳米金刚石薄膜场发射特性的研究

超纳米金刚石(UNCD)是一种全新的纳米材料，具有许多独特性能。介绍了Si微尖和微尖阵列阴极沉积超纳米金刚石薄膜的工艺及其场发射特性。研究发现，适当的成核工艺和微波等离子体化学气相沉积工艺可在Si微尖上沉积一层光滑敷形的金刚石薄膜；沉积后阴极的电压-电流特性、发射电流的稳定性以及工作在氧气环境下的发射特性都获得明显提高。讨论了超纳米晶金刚石薄膜阴极的发射机理。     

Field Emission and Electric Discharge of Nanocrystalline Diamond Films

Nanocrystalline diamond (NCD) films were produced by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) using gas mixtures of Ar, H₂, and CH₄. The structural properties, electron emission, and electric discharge behaviors of the NCD films varied with H₂ flow rates during MPECVD. The turn-on field for electron emission at a pressure of 2.66 × 10⁻⁴ Pa increased from 4.2 V μm⁻¹ for the NCD films that were deposited using a H₂ flow rate of 10 cm³ min⁻¹ to 7 V μm⁻¹ for films deposited at a H₂ flow rate of 20 cm³ min⁻¹. The NCD film with a low turn-on field also induced low breakdown voltages in N₂. The grain size and roughness of the NCD films may influence both the electron emission and the electric discharge behaviors of the NCD cathodes.     

场发射阵列阴极(FEA)在微波器件中的应用

分析了场发射阵列阴极的跨导、电容以及阵列阴极的发射电流密度、电子束直径、电流稳定性对微波器件性能的影响,并提出了相应的改善措施,有效地提高了微波器件的性能.最后,概述了金刚石薄膜及碳纳米管阵列阴极在微波器件中的应用情况,目前虽然还不成熟,却显得有极大的潜力.