氮掺杂与退火对4H-SiC中硅空位的影响
4H-SiC立方位点(V2中心)的硅空位(𝑉ௌ)因其相干自旋态、成熟的材料体系和稳定的光发射特性,在量子技术领域展现出重大应用潜力。在这些基于碳化硅的应用中,掺杂起着关键作用——它可用于调控𝑉ௌ的电荷态并形成不同类型的缺陷。尽管其重要性突出,但关于掺杂效应的研究却鲜有报道。该工作系统研究了氮掺杂与退火处理对4H-SiC外延片中V2系综的光致发光(PL)、光学检测磁共振(ODMR)对比度及退相干时间的影响。结果表明:在特定电子浓度下,PL增强效果取决于电子辐照剂量,这一现象得到了氮存在时𝑉ௌ电荷态理论模型的支持。理论显示碳位点被氮取代后能高效地向𝑉ௌ提供一个电子。实验还观察到:通过采用10¹⁷至10¹⁸ cm⁻³浓度的氮掺杂并结合500-600℃一小时退火,可将ODMR对比度从低掺杂SiC的0.5%提升至1.5%,而PL强度仅比未退火样品降低20%。虽然在此掺杂水平下𝑇₂∗时间的缩短会部分抵消对比度增益,但估算的连续波ODMR散粒噪声极限灵敏度仍比未掺杂退火的SiC样品高出1.6倍。
