【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0115

利用課題名 / Title

ダイヤモンド量子デバイスのための微細電極の形成

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ダイヤモンド量子デバイス,NVセンター,電子スピン,量子通信,量子センサ

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

佐久間 裕美

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-006：マスクレス露光装置
AT-023：電子ビーム真空蒸着装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　ダイヤモンド中の窒素と空孔の複合欠陥（NVセンター）は、室温において単一の電子スピンの観測と制御が可能、電子スピンを量子ビットとして使える、室温におけるスピンのコヒーレンス時間が他の材料に比べ非常に長い、等の特性を持っていることから、量子通信等への応用が期待されている。また、ダイヤモンドNVセンターのスピンは、磁場・電場・温度の変化に対して状態を変えることから、量子センサとしても応用が期待されている。本研究では、ダイヤモンドNVセンターのスピン状態を電場で制御するために、NVセンターの周囲に微小な電極を形成するプロセスの構築を試みた。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
マスクレス露光装置【NPF006】
プラズマアッシャー【NPF021】
電子ビーム真空蒸着装置【NPF023】

【実験方法】
　NVセンターを含有したダイヤモンド基板上にフォトリソグラフィ・メタルデポ・リフトオフの基本的な工程で電極を形成した。用いるダイヤモンド基板が2mm角、1mm角、0.4×2mmといった小さいものであるため、フォトリソグラフィ工程でのレジストの膜厚制御および膜厚分布制御（基板の出来る限り全面に均一な膜厚にすること）が非常に重要なパラメータとなる。またマスクレス露光装置（NPF）による焦点合わせ、紫外線の露光量制御も精密に制御する必要がある。

結果と考察 / Results and Discussion

　本研究では、まずダイヤモンドの基板形状に合わせたレジスト塗布方法を試行し、レジ厚分布の均一性を調整した。次にレジ厚とフォトリソグラフィでの露光量の組み合わせの最適値を調整した。最終的に形成する電極（Au）の膜厚が500nmと厚いため、レジ厚は少なくとも1.5μm以上とした。図1に1mm角のダイヤモンド基板上に作製した微細電極のフォトリソパターンを示す。図2に、さらにメタルデポ・リフトオフを行い、500nmのAu電極パターンを形成した結果を示す。最細部分で3μm幅の電極を形成することができた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　1mm角ダイヤモンド基板への微細電極パターンのフォトリソグラフィ

図２　メタル（Au500nm）デポ・リフトオフで形成した微細電極パターン

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件