[发明专利]一种固体所含杂质浓度的测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子传感器的技术领域，尤其涉及一种固体所含杂质浓度的测量系统及测量方法。

背景技术

金刚石中的NV^–色心作为固体中的发光缺陷，其浓度直接影响到其量子传感的精度。现有的浓度检测通常采用荧光强度PL(Photoluminescence)检测方法和光学探测磁共振ODMR(Optical detection of magnetic resonance)检测方法。

然而，利用上述光学方法检测，首先，金刚石形状导致光发生散射，所引发的散射角会形成光波导效应，当再次反射的时候会接触到不想测量的杂质粒子，有新的NV色心会被重复激发。由于其中的散射行为以及光波导行为导致其测量不均。其次，在高浓度样品中N,C的含量较高，然而二者大小质量不同，所以会有应力，进而从单晶变成多晶，导致折射率会发生变化，更加利于散射的发生，从而也就会使得不必要的杂质被射到。最后，由于色心之间的相互遮挡，导致不能完全被激发，进而使得NV色心的逸出光子的采集率过低，对单次自旋的读出需要数万次重复的检测，检测精度不高。且因光学器件本身和金刚石折射率都限制了检测的效率，所以这种检测方法的操作较为繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固体所含杂质浓度的测量系统及测量方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固体所含杂质浓度的测量系统，包括：自旋电子磁性传感器、磁场产生装置和控制器，其中，

所述磁场产生装置位于所述自旋电子磁性传感器的侧面，并与所述自旋电子磁性传感器相距预设距离，所述自旋电子磁性传感器探测所述磁场产生装置产生的磁场的初始磁场强度；

所述待测量固体设置在所述自旋电子磁性传感器的与所述磁场产生装置平行的侧面上，所述自旋电子磁性传感器探测当前磁场强度，所述待测量固体本身不能产生磁场；

所述控制器根据预设的磁场强度与固体中杂质浓度的对应关系，以及所述初始磁场强度和所述当前磁场强度，确定所述待测量固体中杂质的浓度值。

本发明的有益效果是：通过将待测量固体设置在自旋电子磁性传感器的表面上，在自旋电子磁性传感器的侧面设置磁场产生装置，根据利用自旋电子磁性传感器探测当前磁场强度和磁场产生装置产生的磁场的初始磁场强度，以及预设的磁场强度与固体中杂质浓度的对应关系，就可以确定出待测量固体中杂质的浓度值，利用该测量系统对待测量固体中杂质的浓度值进行测量时，操作简单，易于实现，且能提高检测效率和检测精度。另外，该测量系统有超高灵敏度且易于小型化等优点，尺寸微小，具有极高的空间分辨率，适用于高精度、高效率检测领域。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述控制器根据所述初始磁场强度和所述当前磁场强度，确定被抵消的磁场强度，并将所述被抵消的磁场强度与所述对应关系进行匹配，以确定所述待测量固体中杂质的浓度值。

进一步地，所述系统还包括：屏蔽罩，所述自旋电子磁性传感器、所述磁场产生装置和所述待测量固体均位于所述屏蔽罩内。

采用上述进一步方案的有益效果是：将自旋电子磁性传感器、磁场产生装置和待测量固体均设置在屏蔽罩内，可以有效的屏蔽来自磁场产生装置之外的磁场强度的干扰，从而使得检测结果更加准确。

进一步地，所述自旋电子磁性传感器包括：基底、设置在所述基底表面的至少一个自旋电子器件和电极，所述电极与所述控制器连接。

进一步地，所述磁场产生装置位于所述自旋电子磁性传感器的，与所述待测量固体平行的侧面。

进一步地，所述磁场产生装置为线圈，则所述线圈沿所述自旋电子磁性传感器的固定层磁矩方向绕行，使得所述线圈产生的磁场的磁场方向与所述自旋电子磁性传感器的自由层方向垂直。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过采用线圈作为磁场产生装置，可以更加便捷的控制磁场强调的大小、磁性的有无以及磁极的方向。

进一步地，每个所述自旋电子器件为巨磁阻磁性传感器或磁性隧道结器件。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种固体所含杂质浓度的测量方法，所述方法包括：

在自旋电子磁性传感器侧面设置磁场产生装置，所述自旋电子磁性传感器探测所述磁场产生装置产生的磁场的初始磁场强度；

将待测量固体设置在自旋电子磁性传感器的与所述磁场产生装置平行的侧面上，所述自旋电子磁性传感器探测当前磁场强度，所述待测量固体本身不能产生磁场；