[发明专利]一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计及其制备方法

权利要求书

1.一种基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计，其特征在于，所述固态磁强计从下到上依次包括超表结构透镜(S₁)、改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)、改进的含有NV色心的金刚石(S₃)、微波天线(S₄)，其中改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)、改进的含有NV色心的金刚石(S₃)和微波天线(S₄)可实现一体化集成；所述固态磁强计还包括在基于NV色心的荧光高效收集固态磁强计的使用过程中与荧光收集装置相连的光电探测器(S₅)；

所述超表结构透镜(S₁)包括衬底和在衬底上制备的超原子结构阵列；

所述一体化集成是指将含有NV色心微纳结构的金刚石(S₃)通过倒装焊精确定位后，固定于改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)上，同时将微波天线(S₄)通过M/NEMS方法直接成型于改进的含有NV色心的金刚石(S₃)表面；

所述改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)包括N型100硅片、在所述N型100硅片上形成的倾斜反射面、高反射膜和保护膜。

2.根据权利要求1所述的固态磁强计，其特征在于，所述超表结构透镜(S₁)按照如下方法制备：首先通过等离子体增强化学的气相沉积法在衬底上生长无定形硅或通过磁控溅射的方式在衬底上形成TiO₂薄膜，然后将所述无定形硅或TiO₂薄膜通过微纳加工的方法在衬底上形成超原子结构阵列；

所述衬底为石英玻璃。

3.根据权利要求1所述的固态磁强计，其特征在于，所述改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)按照如下方法制备：

(1)在N型100硅片上依次生长SiO₂层及Si₃N₄层形成掩膜层，通过光刻和刻蚀的方法开出硅杯窗口；

(2)在所述硅杯窗口处通过湿法腐蚀形成倒梯形的凹槽，形成具有四个倾斜反射面(S₂₁)；

(3)继续通过干法腐蚀和湿法腐蚀去除掉所述N型100硅片表面的掩膜层；

(4)在所述倾斜反射面(S₂₁)上通过原子沉积法或磁控溅射法依次生长Cr、Au、Ag、Al₂O₃或SiO₂中的任意一种或多种材料复合以形成高反射膜和保护膜，从而形成改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)。

4.根据权利要求3所述的固态磁强计，其特征在于，所述高反射膜能够反射波长为630～800nm的荧光；

所述保护膜的作用是保护所述高反射膜。

5.根据权利要求1所述的固态磁强计，其特征在于，所述一体化集成按照如下方法进行：

(1)通过原子沉积法或物理气相沉积法分别在所述含有NV色心的金刚石上表面(S₃₁)生长形成上表面复合膜(S₂₂)、含有NV色心的金刚石下表面(S₃₂)生长形成下表面复合膜(S₂₃)，得到改进的含有NV色心的金刚石(S₃)；

(2)微波天线(S₄)与改进的含有NV色心金刚石(S₃)的集成：通过物理气相沉积法在所述改进的含有NV色心的金刚石(S₃)上生长开口谐振环或单极子天线，剥离后即可在改进的含有NV色心的金刚石(S₃)表面形成微波天线(S₄)；

(3)继续与改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)一体化集成：经过倒装焊将步骤(2)中一体化后的产品精确定位固定在改进的含有反射面的硅凹槽(S₂)上形成，空隙部分经过高透射率胶填充即可。