We report on an ion implantation technique utilizing a screening mask made of SiO2 to control both the depth profile and the dose. By appropriately selecting the thickness of the screening layer, this method fully suppresses the ion channeling, brings the location of the highest nitrogen-vacancy (NV) density to the surface, and effectively reduces the dose by more than three orders of magnitude. With a standard ion implantation system operating at the energy of 10 keV and the dose of 1011 cm2 and without an additional etching process, we create single NV centers close to the surface with coherence times of a few tens of μs.
References
1.
2.
J. J.
Pla
, K. Y.
Tan
, J. P.
Dehollain
, W. H.
Lim
, J. J. L.
Morton
, D. N.
Jamieson
, A. S.
Dzurak
, and A.
Morello
, Nature
489
, 541
(2012
).3.
J. T.
Muhonen
, J. P.
Dehollain
, A.
Laucht
, F. E.
Hudson
, R.
Kalra
, T.
Sekiguchi
, K. M.
Itoh
, D. N.
Jamieson
, J. C.
McCallum
, A. S.
Dzurak
, and A.
Morello
, Nat. Nanotechnol.
9
, 986
(2014
).4.
J.
van Donkelaar
, C.
Yang
, A. D. C.
Alves
, J. C.
McCallum
, C.
Hougaard
, B. C.
Johnson
, F. E.
Hudson
, A. S.
Dzurak
, A.
Morello
, D.
Spemann
, and D. N.
Jamieson
, J. Phys.: Condens. Matter
27
, 154204
(2015
).5.
E.
Togan
, Y.
Chu
, A. S.
Trifonov
, L.
Jiang
, J.
Maze
, L.
Childress
, M. V. G.
Dutt
, A. S.
Sørensen
, P. R.
Hemmer
, A. S.
Zibrov
, and M. D.
Lukin
, Nature
466
, 730
(2010
).6.
H.
Bernien
, B.
Hensen
, W.
Pfaff
, G.
Koolstra
, M. S.
Blok
, L.
Robledo
, T. H.
Taminiau
, M.
Markham
, D. J.
Twitchen
, L.
Childress
, and R.
Hanson
, Nature
497
, 86
(2013
).7.
W.
Pfaff
, B. J.
Hensen
, H.
Bernien
, S. B.
van Dam
, M. S.
Blok
, T. H.
Taminiau
, M. J.
Tiggelman
, R. N.
Schouten
, M.
Markham
, D. J.
Twitchen
, and R.
Hanson
, Science
345
, 532
(2014
).8.
B.
Hensen
, H.
Bernien
, A. E.
Dréau
, A.
Reiserer
, N.
Kalb
, M. S.
Blok
, J.
Ruitenberg
, R. F. L.
Vermeulen
, R. N.
Schouten
, C.
Abellán
, W.
Amaya
, V.
Pruneri
, M. W.
Mitchell
, M.
Markham
, D. J.
Twitchen
, D.
Elkouss
, S.
Wehner
, T. H.
Taminiau
, and R.
Hanson
, Nature
526
, 682
(2015
).9.
J. R.
Maze
, P. L.
Stanwix
, J. S.
Hodges
, S.
Hong
, J. M.
Taylor
, P.
Cappellaro
, L.
Jiang
, M. V. G.
Dutt
, E.
Togan
, A. S.
Zibrov
, A.
Yacoby
, R. L.
Walsworth
, and M. D.
Lukin
, Nature
455
, 644
(2008
).10.
G.
Balasubramanian
, I. Y.
Chan
, R.
Kolesov
, M.
Al-Hmoud
, J.
Tisler
, C.
Shin
, C.
Kim
, A.
Wojcik
, P. R.
Hemmer
, A.
Krueger
, T.
Hanke
, A.
Leitenstorfer
, R.
Bratschitsch
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nature
455
, 648
(2008
).11.
L.
Rondin
, J.-P.
Tetienne
, T.
Hingant
, J.-F.
Roch
, P.
Maletinsky
, and V.
Jacques
, Rep. Prog. Phys.
77
, 056503
(2014
).12.
J.
Wrachtrup
, F.
Jelezko
, B.
Grotz
, and L.
McGuinness
, MRS Bull.
38
, 149
(2013
).13.
T.
Schröder
, S. L.
Mouradian
, J.
Zheng
, M. E.
Trusheim
, M.
Walsh
, E. H.
Chen
, L.
Li
, I.
Bayn
, and D.
Englund
, J. Opt. Soc. Am. B
33
, B65
(2016
).14.
K.
Ohno
, F. J.
Heremans
, L. C.
Bassett
, B. A.
Myers
, D. M.
Toyli
, A. C.
Bleszynski Jayich
, C. J.
Palmstrøm
, and D. D.
Awschalom
, Appl. Phys. Lett.
101
, 082413
(2012
).15.
K.
Ohashi
, T.
Rosskopf
, H.
Watanabe
, M.
Loretz
, Y.
Tao
, R.
Hauert
, S.
Tomizawa
, T.
Ishikawa
, J.
Ishi-Hayase
, S.
Shikata
, C. L.
Degen
, and K. M.
Itoh
, Nano Lett.
13
, 4733
(2013
).16.
K.
Ohno
, F. J.
Heremans
, C. F.
de las Casas
, B. A.
Myers
, B. J.
Alemán
, A. C.
Bleszynski Jayich
, and D. D.
Awschalom
, Appl. Phys. Lett.
105
, 052406
(2014
).17.
E. E.
Kleinsasser
, M. M.
Stanfield
, J. K. Q.
Banks
, Z.
Zhu
, W.-D.
Li
, V. M.
Acosta
, H.
Watanabe
, K. M.
Itoh
, and K.-M. C.
Fu
, Appl. Phys. Lett.
108
, 202401
(2016
).18.
J.
Meijer
, B.
Burchard
, M.
Domhan
, C.
Wittmann
, T.
Gaebel
, I.
Popa
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Appl. Phys. Lett.
87
, 261909
(2005
).19.
J. R.
Rabeau
, P.
Reichart
, G.
Tamanyan
, D. N.
Jamieson
, S.
Prawer
, F.
Jelezko
, T.
Gaebel
, I.
Popa
, M.
Domhan
, and J.
Wrachtrup
, Appl. Phys. Lett.
88
, 023113
(2006
).20.
D. M.
Toyli
, C. D.
Weis
, G. D.
Fuchs
, T.
Schenkel
, and D. D.
Awschalom
, Nano Lett.
10
, 3168
(2010
).21.
P.
Spinicelli
, A.
Dréau
, L.
Rondin
, F.
Silva
, J.
Achard
, S.
Xavier
, S.
Bansropun
, T.
Debuisschert
, S.
Pezzagna
, and J.
Meijer
, New J. Phys.
13
, 025014
(2011
).22.
S.
Pezzagna
, D.
Rogalla
, H.-W.
Becker
, I.
Jakobi
, F.
Dolde
, B.
Naydenov
, J.
Wrachtrup
, F.
Jelezko
, C.
Trautmann
, and J.
Meijer
, Phys. Status Solidi A
208
, 2017
(2011
).23.
S.
Sangtawesin
, T. O.
Brundage
, Z. J.
Atkins
, and J. R.
Petta
, Appl. Phys. Lett.
105
, 063107
(2014
).24.
S.
Pezzagna
, B.
Naydenov
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, and J.
Meijer
, New J. Phys.
12
, 065017
(2010
).25.
B. K.
Ofori-Okai
, S.
Pezzagna
, K.
Chang
, M.
Loretz
, R.
Schirhagl
, Y.
Tao
, B. A.
Moores
, K.
Groot-Berning
, J.
Meijer
, and C. L.
Degen
, Phys. Rev. B
86
, 081406
(2012
).26.
C.
Osterkamp
, J.
Scharpf
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, T.
Diemant
, R. J.
Behm
, B.
Naydenov
, and F.
Jelezko
, Appl. Phys. Lett.
103
, 193118
(2013
).27.
D.
Antonov
, T.
Häußermann
, A.
Aird
, J.
Roth
, H.-R.
Trebin
, C.
Müller
, L.
McGuinness
, F.
Jelezko
, T.
Yamamoto
, J.
Isoya
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, and J.
Wrachtrup
, Appl. Phys. Lett.
104
, 012105
(2014
).28.
S. M.
Sze
and M. K.
Lee
, Semiconductor Devices: Physics and Technology
, 3rd ed. (Wiley
, Hoboken
, 2012
).29.
S.
Cui
, A. S.
Greenspon
, K.
Ohno
, B. A.
Myers
, A. C.
Bleszynski Jayich
, D. D.
Awschalom
, and E. L.
Hu
, Nano Lett.
15
, 2887
(2015
).30.
F. F.
de Oliveira
, S. A.
Momenzadeh
, Y.
Wang
, M.
Konuma
, M.
Markham
, A. M.
Edmonds
, A.
Denisenko
, and J.
Wrachtrup
, Appl. Phys. Lett.
107
, 073107
(2015
).31.
J. F.
Zeigler
, http://www.srim.org/ for The Stopping and Range of Ions in Matter, SRIM-2013.32.
J. F.
Zeigler
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
219-220
, 1027
(2004
).33.
K.-M. C.
Fu
, C.
Santori
, P. E.
Barclay
, and R. G.
Beausoleil
, Appl. Phys. Lett.
96
, 121907
(2010
).34.
A.
Gali
, M.
Fyta
, and E.
Kaxiras
, Phys. Rev. B
77
, 155206
(2008
).35.
N.
Mizuochi
, P.
Neumann
, F.
Rempp
, J.
Beck
, V.
Jacques
, P.
Siyushev
, K.
Nakamura
, D. J.
Twitchen
, H.
Watanabe
, S.
Yamasaki
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Phys. Rev. B
80
, 041201
(2009
).36.
E. L.
Hahn
, Phys. Rev.
80
, 580
(1950
).37.
L.
Childress
, M. V. G.
Dutt
, J. M.
Taylor
, A. S.
Zibrov
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, P. R.
Hemmer
, and M. D.
Lukin
, Science
314
, 281
(2006
).38.
L. M.
Pham
, S. J.
DeVience
, F.
Casola
, I.
Lovchinsky
, A. O.
Sushkov
, E.
Bersin
, J.
Lee
, E.
Urbach
, P.
Cappellaro
, H.
Park
, A.
Yacoby
, M.
Lukin
, and R. L.
Walsworth
, Phys. Rev. B
93
, 045425
(2016
).39.
M.
Loretz
, J. M.
Boss
, T.
Rosskopf
, H. J.
Mamin
, D.
Rugar
, and C. L.
Degen
, Phys. Rev. X
5
, 021009
(2015
).40.
F. F.
de Oliveira
, D.
Antonov
, Y.
Wang
, P.
Neumann
, S. A.
Momenzadeh
, T.
Häußermann
, A.
Pasquarelli
, A.
Denisenko
, and J.
Wrachtrup
, e-print arXiv:1701.07055v1.© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
