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金刚石硅空位色心变温光致发光光谱的研究OA

Study of variable temperature photoluminescence spectroscopy of diamond-silicon vacancy color center

中文摘要英文摘要

本文研究了金刚石硅空位色心的可控制备及其荧光温度响应特性,旨在揭示微波等离子体化学气相沉积甲烷参数对金刚石色心荧光光谱的影响.实验通过调控甲烷流量比(0.5%~2%),制备了金刚石薄膜和颗粒,并采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、变温荧光光谱等手段进行表征.结果表明,随着温度从100 K升至300 K,SiV色心的荧光特征峰峰位从737.7 nm移至738.7 nm,半峰宽从4.7 nm增至7.3 nm,且峰位和半峰宽均呈现温度依赖性.在100 K至200 K范围内,金刚石颗粒的半峰宽变化速率显著高于薄膜,显示出更高的温度敏感性.此外,随甲烷比例增加,半峰宽逐渐增大.本研究通过优化制备工艺,揭示了 SiV色心荧光特性与温度和工艺参数的关联,为高精度温度传感技术提供了理论支持和实验依据.

This study investigates the controlled preparation of silicon vacancy(SiV)color centers in diamonds and their fluorescence temperature response characteristics,aiming to reveal the influence of methane parameters in microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD)on the fluorescence spectrum of diamond color cen-ters.By adjusting the methane flow ratio(0.5%~2%),diamond films and particles were prepared and charac-terized using scanning electron microscopy(SEM),atomic force microscopy(AFM)and temperature-dependent fluorescence spectroscopy.The results indicate that as the temperature increases from 100 K to 300 K,the fluo-rescence peak position of the SiV color center shifts from 737.7 nm to 738.7 nm,and the full width at half maxi-mum(FWHM)increases from 4.7 nm to 7.3 nm,with both the peak position and FWHM exhibiting tempera-ture dependence.Within the 100 K to 200 K range,the rate of change of FWHM for diamond particles is signifi-cantly higher than that for films,demonstrating greater temperature sensitivity.Additionally,as the methane ratio increases,the FWHM gradually broadens.By optimizing the preparation process,this study elucidates the rela-tionship between the fluorescence characteristics of SiV color centers,temperature,and process parameters,pro-viding theoretical support and experimental evidence for high-precision temperature sensing technology.

谭心;程英浩;贺占清;王健;杨桥;祁晖

内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010||内蒙古科技大学微纳结构设计与制造技术重点实验室,包头 014010

数理科学

温度响应金刚石MPCVDSiV色心甲烷流量荧光光谱

Temperature responseDiamondMPCVDSiV color centerMethane flowFluorescence spectrum

《原子与分子物理学报》 2026 (6)

36-42,7

国家自然科学基金(62365015,61765012,51965053)内蒙古自治区自然科学基金(2023MS05047,2019MS05008,2020MS05036)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(2023RCTD011,2023YXXS012)内蒙古自治区科技创新指导项目(2017CXYD-2,KBCJ2018031)内蒙古科技大学青年基金(202/0303022006)内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY23082)

10.19855/j.1000-0364.2026.061005

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