Synthèse de diamant par CVD contenant des centres colorés pour des applications en technologies quantiques

CVD synthesis of diamond films containing colour centers for quantum technology applications

• Auteur / Autrice : Midrel Wilfried Ngandeu Ngambou
• Direction : Jocelyn Achard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 05/12/2023
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Jacques, Hélène Bureau, Diana Serrano Garcia, Fatih Zighem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ken Haenen, Alexandre Tallaire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène

Azote

Semiconducteurs -- Dopage

Ions -- Implantation

Mots clés libres

Diamant

Centre NV

Centres colorés

Diamond

NV centre

Colour centres

Résumé

Pour saisir les phénomènes physiques qui étaient jusque-là inaccessibles à l'échelle nanométrique il est nécessaire d'avoir des instruments de mesure adaptés à cette échelle. Au cours des dernières années, une nouvelle génération de capteurs quantiques exploitant les spins électroniques associés aux centres azote-lacune hébergés dans le diamant a suscité un vif intérêt, en particulier grâce à la manipulation de leurs propriétés optiques et de spin à température ambiante. Au cours de ces travaux de thèse, l'optimisation du procédé de fabrication des films de diamant contenant de l'azote a été menée  afin de créer des ensembles de centres NV répartis dans tout le volume du matériau. De manière spécifique, les conditions de croissance et de post-traitement permettant de maximiser la concentration de centres NV à charge négative ont été étudiées. Le développement d'un processus d'implantation récemment acquis au sein du LSPM, dans le but de créer des centres NV très près de la surface du diamant. En particulier l'impact de l'implantation à haute température est présenté.

To capture physical phenomena that were previously inaccessible at the nanoscale, it is necessary to have measurement instruments tailored to this scale. Over the past few years, a new generation of quantum sensors using the electronic spins associated with nitrogen-vacancy (NV) centres hosted in diamond has garnered significant interest, particularly due to their manipulation of optical and spin properties at room temperature. In the course of this doctoral research, the optimization of the chemical vapour deposition diamond film fabrication process containing nitrogen was carried out to create ensembles of NV centres distributed throughout the material volume. Specifically, the growth and post-treatment conditions aimed at maximizing the concentration of negatively charged NV centers were investigated. The development of a recently acquired implantation process at the LSPM, with the goal of creating NV centres very close to the surface of the diamond, is also discussed. In particular, the impact of high-temperature implantation is presented.