【摘要】 金刚石表面的氮终止可以赋予表面正电子亲和力(PEA)，增加带负电荷的氮空位(NV-)中心在近表面区域的稳定性[1]，而氢终止可以赋予表面负电子亲和力[2]，可能将这些中心转化为中性态[3]。

金刚石表面的氮终止可以赋予表面正电子亲和力(PEA)，增加带负电荷的氮空位(NV-)中心在近表面区域的稳定性[1]，而氢终止可以赋予表面负电子亲和力[2]，可能将这些中心转化为中性态[3]。利用高分辨率电子能量损失能谱(HREELS)研究了氢和氮的共吸附、热稳定性和最上层原子层的表面结构质量，并利用程序升温解吸(TPD)评估了氮在氮化金刚石(111)上的热演化。N2的TPD谱在~630◦C处显示出一个宽峰，证明通过MW(N2)等离子体暴露与金刚石(111)结合的氮在550-700◦C范围内被大量解吸。然而，当N2分压高于800◦C时，存在更高温度的脱附过程。观察到的N2的TPD光谱形状以及测量到的N(1s)XP线形状和强度随退火温度的变化表明，MW(N2)氮化过程至少以两种不同的键构型填充氮:一种在~630◦C时产生清晰的脱附峰，另一种在更高温度下稳定。HCN的TPD谱未见解吸峰。暴露于RF(N2)等离子体产生的氮化物PCD在600°C时，在HCN的TPD光谱中观察到一个明显的峰值，其中诱导的损伤高达几个原子层，这促进了HCN复合物的形成。因此，HCN的TPD谱峰的缺失也表明，在MW(N  )等离子体氮化过程中，金刚石(111)没有受到实质性的损伤。H2TPD光谱在650◦C处显示出一个宽峰。该峰的性质很可能与涉及NH(ad)解吸的复杂反应有关。氮化金刚石(111)表面获得的N2的TPD谱~630◦C处观察到宽峰，表明氮解吸主要发生在700◦C以下。在这个温度以上，h-金刚石上仍然有一些氮。在MW(N2)等离子体暴露过程中，金刚石(111)表面没有受到明显的损伤。

 

[1] J.-P. Chou, A. Retzker, A. Gali, Nitrogen-terminated diamond (111) surface for room-temperature quantum sensing and simulation, Nano Lett. 17 (2017) 2294–2298.

[2] F. Maier, J. Ristein, L. Ley, Electron affinity of plasma-hydrogenated and chemically oxidized diamond (100) surfaces, Phys. Rev. B 64 (2001) 165411.

[3] A. Stacey, T.J. Karle, L.P. McGuinness, B.C. Gibson, K. Ganesan, S. Tomljenovic- Hanic, A.D. Greentree, A. Hoffman, R.G. Beausoleil, S. Prawer, Depletion of nitrogen-vacancy color centers in diamond via hydrogen passivation, Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 071902.