[发明专利]一种金刚石氮空位色心的量子压力传感器及制备方法

权利要求书

1.一种金刚石氮空位色心的量子压力传感器，其特征在于，包括基底层(2)，所述基底层(2)的底部刻蚀有空腔，所述基底层(2)的顶部沉积有绝缘层(3)，所述绝缘层(3)的顶部沉积有具有氮空位色心的金刚石薄膜层(5)，该金刚石薄膜层(5)掺杂有硅空位色心和/或锗空位色心，所述金刚石薄膜层(5)位于所述空腔的正上方，且所述金刚石薄膜层(5)的横截面大于所述空腔的横截面，所述绝缘层(3)的顶部还溅射有两个铁氧体(4)，两个所述铁氧体(4)关于所述金刚石薄膜层(5)对称布置，以此方式，当所述量子压力传感器的压力发生变化时，具有氮空位色心的金刚石薄膜层(5)的氮空位色心自旋翻转，能级反生改变，通过光探测磁共振谱检测该能级改变的大小，以获取该压力的大小；所述空腔的深度不大于基底层(2)的厚度，该空腔的横截面为矩形，该矩形长宽比大于或等于2，进而在所述金刚石薄膜内外产生压差。

2.如权利要求1所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器，其特征在于，所述金刚石薄膜层(5)的横截面为矩形。

3.如权利要求1所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器，其特征在于，所述基底层(2)的材料为硅，所述绝缘层(3)的材料为二氧化硅。

4.如权利要求1-3任一项所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器，其特征在于，所述基底层(2)的底部还键合有玻璃，所述玻璃上设有与所述空腔同轴的通孔。

5.一种如权利要求1-4任一项所述金刚石氮空位色心的量子压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将洁净的硅片进行刻画处理，得到基底层(2)，在所述基底层(2)的顶部沉积一层绝缘层(3)；

S2对沉积有所述绝缘层(3)的基底层(2)的底部依次进行光刻处理和刻蚀，以获取底部具有空腔的基底层(2)，所述空腔的深度不大于基底层(2)的厚度，该空腔的横截面为矩形，该矩形长宽比大于或等于2；

S3在所述绝缘层(3)的顶部沉积一层具有氮空位色心的金刚石薄膜，然后对该金刚石薄膜依次进行图形刻蚀和掺杂处理，以获取位于所述空腔的正上方且横截面大于所述空腔的横截面的具有氮空位色心的金刚石薄膜层(5)；

S4在沉积有金刚石薄膜层(5)的绝缘层(3)的顶部依次溅射一层铁氧膜，并对该铁氧膜进行刻蚀处理，以获取两个关于所述金刚石薄膜层(5)对称布置的铁氧体(4)，从而制备得到金刚石氮空位色心的量子压力传感器。

6.如权利要求5所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用低压力化学气相沉积法在所述基底层(2)的顶部沉积一层绝缘层(3)，所述绝缘层(3)的材料为二氧化硅。

7.如权利要求5所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用微波等离子化学气相沉积的方法获取并沉积具有氮空位色心的金刚石薄膜；所述具有氮空位色心的金刚石薄膜中的晶体尺寸不小于50nm；所述掺杂处理包括向图形刻蚀后的所述金刚石薄膜掺杂硅原子和/或锗原子,以获取掺杂有硅空位色心和/或锗空位色心的金刚石薄膜层(5)。

8.如权利要求6-7任一项所述的金刚石氮空位色心的量子压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将所述具有空腔的基底层(2)的底部与玻璃键合，并在所述玻璃上刻蚀与所述空腔同轴线的通孔。