Микро- и нанофабрикация
Формирование центров окраски
Фемтосекундная лазерная запись позволяет формировать связанные с вакансиями центры окраски в карбиде кремния и нитриде галлия, представляющие интерес для применения в квантовых технологиях.
Описание
Центры окраски, записанные лазером
Схема лазерной записи центров окраски (слева); карбид кремния с массивами центров окраски, записанных лазером (справа). Предоставлено RMIT University, Мельбурн.
Значение центров окраски
Центры окраски в широкозонных полупроводниках важны для квантовых технологий, поскольку могут служить однофотонными источниками или использоваться как спиновые кубиты и в задачах квантовой сенсорики. Фемтосекундная лазерная запись позволяет формировать связанные с вакансиями центры окраски в карбиде кремния (SiC) и нитриде галлия (GaN), вызывая фотолюминесценцию от видимого до инфракрасного диапазона.
Механизм образования окраски
Формирование центров окраски связано с точечными дефектами или их кластерами, ассоциированными с захваченными электронами или дырками в обычно прозрачных материалах. Когда поглощение лазерного излучения переводит основное электронное состояние дефекта в состояния с более высокой энергией, эти центры придают твёрдому материалу окраску.
Массивы SiC, записанные с помощью PHAROS
Используя лазер PHAROS с длиной волны 515 nm и длительностью импульса 230 fs, исследователи RMIT University создали крупные массивы дефектов типа «вакансия кремния» в SiC с высокой локализацией в пределах конфокального дифракционного предела 500 nm и минимальным повреждением материала. Число сформированных центров окраски изменялось по степенному закону в зависимости от энергии лазерной обработки, что указывает на образование центров окраски в результате фотоиндуцированной ионизации. Массивы центров окраски играют важнейшую роль в квантовых применениях. Для формирования центров окраски в широкозонных полупроводниках можно применять оба фемтосекундных лазера — CARBIDE и PHAROS.
