Investigation of diamond nanostructures with incorporated color centers
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Physik | ger |
| dc.contributor.referee | Popov, Cyril (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Singer, Kilian (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2019-03-25T13:15:49Z | |
| dc.date.available | 2019-03-25T13:15:49Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.sponsorship | BMBF Project "Quantum Repeater Platform on Semiconductor Basis“ (Q.com-H) | ger |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-20190228257 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11154 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | diamond | eng |
| dc.subject | color center | eng |
| dc.subject | nanostructures | eng |
| dc.subject | NCD | eng |
| dc.subject | SiV center | eng |
| dc.subject | NV center | eng |
| dc.subject | photonics | eng |
| dc.subject.ddc | 500 | |
| dc.subject.ddc | 530 | |
| dc.subject.swd | Diamant | ger |
| dc.subject.swd | Farbzentrum | ger |
| dc.subject.swd | Diamantstruktur | ger |
| dc.subject.swd | Quantenphysik | ger |
| dc.subject.swd | Photonik | ger |
| dc.title | Investigation of diamond nanostructures with incorporated color centers | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | Diamond is a material with excellent properties due to its structure and composition. Its crystal lattice is a perfect host of different defect centers, so-called color centers, whose properties, especially the capability of emitting single photons, can serve in quantum information technologies (QIT). As a high refractive index material only a small part of the photons emitted by these color centers in diamond can be collected. To enhance the photon collection efficiency photonic structures are necessary. They can be fabricated by nanostructuring techniques, which however are not trivial for diamond due to its chemical inertness. This thesis deals with the fabrication progress of diamond photonic structures, such as pillars and photonic crystal slabs, and the incorporation of NV and SiV centers into these structures. In this context different mask materials and etching parameters in the structuring process as well as different incorporation methods were part of the investigations. Challenges regarding the technological strategy and the creation of color centers were addressed. The thesis starts with an introductory chapter that highlights diamond as material, especially its optical properties. It also covers the introduction of color centers in diamond and leads to the photonic structures that were used in this work. Chapter 2 gives an overview over diamond growth, including hot filament chemical vapor deposition of diamond on different substrates, site-controlled deposition and the homoepitaxial overgrowth of existing structures. The fabrication of diamond photonic structures namely pillars and photonic crystal slabs, and the analysis of the morphological results are presented in Chapter 3. In addition, this chapter also covers the development of a planarization process for the rough nanocrystalline diamond surface. Finally, Chapter 4 contains the optical characterization (fluorescence mapping and photoluminescence) of selected single diamond nanocrystals and selected fabricated diamond photonic structures. The thesis closes with a summary and explains possibilities for the future work. | eng |
| dcterms.abstract | Diamant ist auf Grund seiner Struktur und Zusammensetzung ein Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Das Kristallgitter bietet eine perfekte Umgebung für verschiedene Defektzentren, sogenannte Farbzentren, deren Eigenschaften, insbesondere die Fähigkeit einzelne Photonen zu emittieren, in Quanteninformationstechnologien (QIT) Anwendung finden können. Als Material mit hohem Brechungsindex kann nur ein klein er Anteil der emittierten Photonen der Farbzentren in Diamant gesammelt werden. Um die Photonensammeleffizienz zu verbessern sind photonische Strukturen erforderlich. Sie können durch Nanostrukturierungstechniken hergestellt werden, die jedoch für Diamant auf Grund dessen chemischen Inertheit nicht trivial sind. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem Verlauf der Herstellung von photonischen Diamantstrukturen, wie Säulen und photonischen Kristallmembranen, und dem Einbau von NV- und SiV-Zentren in diese Strukturen. In diesem Zusammenhang wurden unterschiedliche Maskenmaterialien und Ätzparameter im Strukturierungsprozess, sowie verschiedene Einbaumethoden der Farbzentren erforscht. Hierbei wurde die Herausforderung hinsichtlich der technologischen Herangehensweise und der Erzeugung von Farbzentren untersucht. Die Arbeit beginnt mit einem Einführungskapitel, in dem Diamant als Material und insbesondere dessen optischen Eigenschaften hervorgehoben werden. Es behandelt auch die Einführung von Farbzentren in Diamant und führt zu den photonischen Strukturen, die in dieser Arbeit verwendet wurden. Kapitel 2 gibt einen Überblick über das Wachstum von Diamanten, einschließlich der heißdraht-aktvierten chemischen Gasphasenabscheidung auf verschiedenen Substraten, lagegesteuerte Abscheidung und das homoepitaktische Überwachsen bestehender Strukturen. Die Herstellung photonischer Diamantstrukturen, in dieser Arbeit Säulen und photonische Kristallmembranen, sowie die Analyse der morphologischen Ergebnisse werden in Kapitel 3 vorgestellt. Außerdem wird in diesem Kapitel die Entwicklung eines Planarisierungsprozesses für die raue Oberfläche von nanokristallinem Diamant beschrieben. Kapitel 4 enthält schließlich die optische Charakterisierung (Fluoreszenzmapping und Photolumineszenz) ausgewählter einzelner Diamantnanokristalle und gefertigter photonischer Diamantstrukturen. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung ab und erläutert Möglichkeiten für zukünftige Arbeiten. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | ger |
| dcterms.creator | Felgen, Nina | |
| dcterms.dateAccepted | 2019-02-08 | |
| dcterms.extent | v, 203 Seiten |