[发明专利]在CMOS电路中使用具有NV色心的金刚石纳米晶体的装置和方法

说明书

本申请涉及量子技术、微电光、电子或光子系统及其制造方法。优选使用NV中心、金刚石纳米晶体和CMOS电路。然而，提出的技术教导明确地不限于这些。核心思想是将这些色心牢固地连接到半导体电路或使用厚膜技术的电路。

技术领域

本发明一般涉及在集成电路中使用功能型纳米颗粒的装置和方法，并且特别涉及在CMOS电路中使用具有NV色心的金刚石纳米晶体的装置和方法。

审查机构注意事项：

本申请要求自2019年5月25日提交的编号为DE 10 2019 114 032.3的德国专利申请的优先权。

背景技术

目前，在量子技术应用中，金刚石晶体中的NV中心是优选的。这些NV中心是光学控制和读出的。

为了大规模技术应用，期望能够在硅晶圆上制造NV中心，以便能够将它们与常规的微电光系统组合，从而受益于光子学、等离子体学和微电子学的最新技术。因为制作过程：具有NV中心的金刚石层由于所涉及的温度而与CMOS不兼容，所以这种解决方案目前还是未知的。

在IEEE文章MI Ibrahim,C.Foy,D.Kim,DR Englund,R.Han,“Room-TemperatureQuantum Sensing in CMOS:On-Chip Detection of Electronic Spin States inDiamond Color Centers for Magnetometry(CMOS中的室温量子感测：用于磁力测定的金刚石色心中的电子自旋状态的片上检测)”2018Symposium on VLSI Circuits Digest ofTechnical Papers中，作者写道：“由于纳米金刚石的晶体取向是随机的，因此针对各取向的有效Bz(因此分裂量)不同。结果，观察到光谱展宽，而非分裂。用单晶金刚石代替纳米金刚石能够解决这个问题。”例如，根据D.Kim,M.Ibrahim,C.Foy,ME Trusheim,R.Han,DREnglund,“CMOS-Integrated Diamond Nitrogen-Vacancy Quantum Sensor(CMOS集成金刚石氮空位量子传感器)”arXiv:1810.01056vl[physics.app-ph]2Oct 2018，已知具有NV中心的宏观CVD金刚石与CMOS读出电路的手动组合。因此，迫切需要一种将金刚石纳米晶体定向放置在CMOS晶圆上的技术，以便实现大规模生产并克服这些困难。

根据DE 10 2012 025 088 A1，已知具有色心的单个晶体放置在单光子源形式的多量子阱二极管上。该专利中所公开的该技术教导仅实现了这种色心晶体与光源的直接组合，此外，这种色心晶体的制造与CMOS不兼容。

根据DE 10 2014 219 547 A1，已知与压力传感器的制造相关地将晶体作为外加剂放置到旋涂玻璃上。色心的状态由外部透镜读出。

根据US 2005 0 218 397 A1，已知将NEMS天线用于硬盘的读出头。

这些文件都没有公开用于构建基于NV中心的紧凑型单芯片量子传感器系统的任何解决方案，因为它们没有公开这种系统的可靠生产及其构造。

就本文件而言，将色心理解为晶体中的顺磁中心。这些顺磁中心优选是金刚石中的NV中心。如果合适的话，可以使用SiV中心和类似的中心。

发明内容

本发明的目的

因此，本发明的目的是创建一种没有现有技术的上述缺点并且具有其他优点的解决方案。

在适用的情况下，权利要求的特征可以相互组合。这同样适用于说明书中的特征。

权利来自于权利要求。

根据本发明的问题的解决方案