第十四届全国表面工程大会

一维结构的金刚石材料由于兼具金刚石固有的优异的力学、光学、电学及化学稳定性，同时具有大的长径比和尖端曲率半径，在纳米压痕，原子力显微镜或扫描探针显微镜的压头等领域具有非常成熟的应用。而金刚石色心具有非常优异的室温发光性能，在单光子源、生物荧光标记、光学传感等领域具有非常高的潜在应用价值，因此将色心分布在金刚石纳米锥的针尖，并结合扫描探针技术可用于纳米尺度的磁性，温度或应力应变等测量。
目前制备含有金刚石色心的纳米锥的工艺通常包含两步工艺。第一步是微纳结构加工制备一维纳米锥材料，第二步是利用离子注入结合高温退火的方法将氮原子或硅原子注入金刚石中形成NV或SiV色心，该工艺步骤繁琐，成本较高。本研究采用一种更简单的两步法来制备金刚石纳米锥：第一步是利用四甲基硅烷制备[001]取向的微米/纳米金刚石复合薄膜，而第二步采用高温空气退火的方法将上述薄膜中纳米金刚石选择性刻蚀，保留微米金刚石颗粒，从而形成大量的金刚石纳米锥，对单根纳米锥进行微观结构表征发现其为[001]取向的单晶，且在纳米锥的侧壁上发现富含Si元素的颗粒，其为纳米金刚石中碳被烧蚀而硅原子残留团聚形成，如图1所示。PL mapping显示SiV色心均匀分布在整个纳米锥中。该方法制备的纳米锥将不受针尖磨损的影响，始终保留高SiV色心浓度，在微区温度探测的领域具有潜在的应用价值。

纳米金刚石薄膜,光学性能,点缺陷