Hochaufgelöste räumlich-selektive Einzelionenimplantation ist eine Schlüsseltechnologie um Festkörper-Qubits herzustellen. Der in dieser Arbeit verwendete Nanoimplanter benutzt zur Kollimation eines niederenergetischen Ionenstrahls auf Nanometerebene eine Rasterkraftmikroskop-(AFM-)Spitze, welche mit einer Nanoapertur ausgestattet ist. Diese Technik wurde bereits für verschiedene Quantenanwendungen genutzt. In dieser Arbeit wird sie auf die Erzeugung strukturierter Stickstoff-Fehlstellen-(NV-)Zentren weiterentwickelt und optimiert. Dies umfasst unter anderem die Installation eines neuen AFM-Systems, welches den Aufbau mit zwei nützlichen Funktionen aufrüstet: die In-situ-Aperturvermessung und die Untersuchung von Ionen-sensitiven Fotolacken. Weiter werden die zwei wichtigsten limitierenden Faktoren der räumlichen Auflösung durch Simulationen und Experimente detailliert untersucht. Die Ergebnisse geben Aufschluss über optimale Nanoaperturen und Implantationsbedingungen. Streueffekte an der AFM-Spitze und Gitterführungen in Diamant können dadurch maßgeblich reduziert werden. Weiter werden NV-limitierende Effekte durch mehrere Ausheizschritte sowie Ionen- und Elektronenbestrahlungen untersucht. Zuletzt
werden erstmals diamantbasierte Ionendetektoren hergestellt, welche mit Kapazität- und Strom-Spannungs-Messungen, durch Röntgenbestrahlung und Ionenstrahl-induzierter Ladung (IBIC) charakterisiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die angefertigten Detektoren die Bedingungen für eine deterministische Implantation erfüllen, so dass dieses Prinzip zukünftig in den Nanoimplanter integriert werden kann. / High-resolution spatial-selective single ion implantation is a key technology to produce solid state qubits. The nanoimplanter used in this work collimates a low-energy ion beam at the nanometer level using an atomic force microscope (AFM) tip, which is provided with a nanoaperture. This technique has already been used for various quantum applications. In this thesis it is further developed and optimized for the generation of structured nitrogen vacancy (NV) centers. This includes the installation of a new AFM system, which upgrades the setup with two useful functions: in-situ aperture measurement and the investigation of ion sensitive photoresists. Furthermore, the two most significant limiting factors of spatial resolution are studied in detail by simulations and experiments. The results indicate optimized nanoapertures and implantation conditions. Scattering effects at the AFM tip and ion channeling in diamond can be significantly reduced. Moreover, NV-limiting effects are investigated by several heating steps as well as ion and electron irradiations. Finally, novel diamond based ion detectors are manufactured, that are characterized by capacitance and current-voltage measurements, by X-ray irradiation and ion beam induced charge (IBIC). The results show these detectors fulfill the conditions for a deterministic implantation, so that this concept can be integrated into the nanoimplanter in the future.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:75831 |
| Date | 02 September 2021 |
| Creators | Raatz, Nicole |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0016 seconds