Charakterizace fotonapětí Si-V optických center v tenkých vrstvách diamantu

Abstract

SiV (křemíková-vakantní) centra jsou opticky aktivní defekty v diamantové matici, které mají unikátní vlastnosti v podobě vysoké fotostability, biokompatibility a také jsou inertní. Použití SiV center je v současné době intenzivně rozvíjené pro širokou oblast použití, od tzv. energy harvestingu, přes biomedicínu až po využití v kvantových informační technologiích. Tato práce zkoumá princip vzniku povrchového fotonapětí způsobeného přítomností SiV center v nanokrystalické dimantové vrstvě s rozdílnou povrchovou úpravou a tloušťkou (6-177 nm). Využita je Kelvin probe metoda, která je vhodná pro analýzu povrchových vlastností materiálů, a je zde implementována pro měření rozdílového kontaktního potenciálu v závislosti na osvětlení v režimu světlo-tma-světlo. Naměřené počáteční pozitivní fotonapětní mění polaritu při tloušťce vzorku kolem 50 nm, která značí zlomový bod mezi povrchovými a hloubkovými SiV centry. Ze získaných hodnot byla vytvořena energetická pásová struktura vzniku fotonapětí v závislosti na tloušťce a povrchové úpravě vzorku.

SiV (silicon-vacancy) colour centres are optically active defects in the diamond lattice, showcasing unique properties such as high photostability, biocompatibility, and chemical inertness. The potential applications of SiV centres are extensively explored in energy harvesting, biomedicine, and quantum information processing. This thesis investigates the generation of surface photovoltage associated with SiV centres in nanocrystalline diamond layers with different surface chemistry and thickness (6-177 nm). The scanning Kelvin probe proves to be a suitable method for determining surface properties, and is adapted for measuring contact potential difference (CPD) under illumination in a light-dark-light cycle. The initial positive photovoltage undergoes a polarity change at a thickness of around 50 nm, indicating a transition point between surface-controlled and bulk SiV centres. The obtained values are employed to propose a band diagram for photovoltage generation, dependent on the surface chemistry of the samples.