論文の概要: The influence of nitrogen doping and annealing on the silicon vacancy in 4H-SiC
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17478v1
- Date: Fri, 20 Jun 2025 20:49:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-24 19:06:36.434369
- Title: The influence of nitrogen doping and annealing on the silicon vacancy in 4H-SiC
- Title（参考訳）: 4H-SiCのシリコン空孔に及ぼす窒素ドーピングと焼鈍の影響
- Authors: Samuel G. Carter, Infiter Tathfif, Charity Burgess, Brenda VanMil, Suryakanti Debata, Pratibha Dev,
- Abstract要約: SiCベースのアプリケーションではドーピングが重要な役割を果たす。
炭素に置換された窒素は、1つの電子を非常に効率的にV_Si$に寄付する。
ODMRコントラストは低ドープSiCでは0.5%から窒素ドーピングでは1.5%に増加する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The silicon vacancy ($V_{Si}$) in 4H-SiC at its cubic site (V2-center) has shown significant promise for quantum technologies, due to coherent spin states, the mature material system, and stable optical emission. In these SiC-based applications, doping plays a crucial role. It can be used to control the charge state of $V_{Si}$ and formation of different types of defects. Despite its importance, there has been little research on the effects of doping. In this work, we perform a study of the effects of nitrogen doping and annealing on the photoluminescence (PL), optically-detected magnetic resonance (ODMR) contrast, and dephasing times of ensembles of V2 in epilayers of 4H-SiC. The results show an enhancement of PL that depends on the electron irradiation dose for a given electron concentration, supported by theoretical modeling of the charge state of $V_{Si}$ in the presence of nitrogen. Nitrogen substituted for carbon is shown to very efficiently donate one electron to $V_{Si}$. We also observe that the ODMR contrast can be increased from 0.5% in low doped SiC to 1.5% by nitrogen doping of $10^{17}$ to $10^{18}$ cm$^{-3}$ and annealing at 500-600 $^{\circ}$C for 1 hour, with only a 20% decrease in PL compared to unannealed. Some of the improvement in contrast is offset by a reduction in $T_2^*$ at these doping levels, but the estimated cw ODMR shot-noise limited sensitivity is still 1.6 times higher than that of undoped, unannealed SiC.
- Abstract（参考訳）: 4H-SiCの立方体(V2中心)におけるシリコン空孔(V_{Si}$)は、コヒーレントスピン状態、成熟した物質系、安定な光放出によって量子技術にとって大きな可能性を示している。
これらのSiCベースのアプリケーションでは、ドーピングが重要な役割を果たす。
これは、$V_{Si}$の電荷状態と異なる種類の欠陥の形成を制御するために使用できる。
その重要性にもかかわらず、ドーピングの効果についてはほとんど研究されていない。
本研究では, 窒素ドーピングおよびアニールが光発光, 光検出磁気共鳴(ODMR)コントラスト, および4H-SiC人工格子中のV2のアンサンブル時間に与える影響について検討した。
その結果, 所与の電子濃度に対する電子線照射量に依存するPLの増大が示され, 窒素の存在下での電荷状態の理論的モデル化が支持された。
炭素に置換された窒素は、1つの電子を非常に効率的に$V_{Si}$に寄付する。
また, ODMRコントラストは低ドープSiCの0.5%から窒素ドーピング10^{17}$10^{18}$cm$^{-3}$に1時間, 焼鈍500-600$^{\circ}$Cに1時間増加し, 未焼鈍と比較してわずか20%低下した。
対照的に、これらのドーピングレベルでのT_2^*$の低減により、いくつかの改善は相反するが、推定されたcw ODMRショットノイズ制限感度は、未添加のSiCよりも1.6倍高い。
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