在CMOS电路中使用具有NV色心的金刚石纳米晶体的装置和方法

摘要

本申请涉及量子技术、微电光、电子或光子系统及其制造方法。优选使用NV中心、金刚石纳米晶体和CMOS电路。然而，提出的技术教导明确地不限于这些。核心思想是将这些色心牢固地连接到半导体电路或使用厚膜技术的电路。

说明书

技术领域

本发明一般涉及在集成电路中使用功能型纳米颗粒的装置和方法，并且特别涉及在CMOS电路中使用具有NV色心的金刚石纳米晶体的装置和方法。

审查机构注意事项：

本申请要求自2019年5月25日提交的编号为DE 10 2019 114 032.3的德国专利申请的优先权。

背景技术

目前，在量子技术应用中，金刚石晶体中的NV中心是优选的。这些NV中心是光学控制和读出的。

为了大规模技术应用，期望能够在硅晶圆上制造NV中心，以便能够将它们与常规的微电光系统组合，从而受益于光子学、等离子体学和微电子学的最新技术。因为制作过程：具有NV中心的金刚石层由于所涉及的温度而与CMOS不兼容，所以这种解决方案目前还是未知的。

在IEEE文章MI Ibrahim,C.Foy,D.Kim,DR Englund,R.Han,“Room-TemperatureQuantum Sensing in CMOS:On-Chip Detection of Electronic Spin States inDiamond Color Centers for Magnetometry(CMOS中的室温量子感测：用于磁力测定的金刚石色心中的电子自旋状态的片上检测)”2018Symposium on VLSI Circuits Digest ofTechnical Papers中，作者写道：“由于纳米金刚石的晶体取向是随机的，因此针对各取向的有效Bz(因此分裂量)不同。结果，观察到光谱展宽，而非分裂。用单晶金刚石代替纳米金刚石能够解决这个问题。”例如，根据D.Kim,M.Ibrahim,C.Foy,ME Trusheim,R.Han,DREnglund,“CMOS-Integrated Diamond Nitrogen-Vacancy Quantum Sensor(CMOS集成金刚石氮空位量子传感器)”arXiv:1810.01056vl[physics.app-ph]2Oct 2018，已知具有NV中心的宏观CVD金刚石与CMOS读出电路的手动组合。因此，迫切需要一种将金刚石纳米晶体定向放置在CMOS晶圆上的技术，以便实现大规模生产并克服这些困难。

根据DE 10 2012 025 088 A1，已知具有色心的单个晶体放置在单光子源形式的多量子阱二极管上。该专利中所公开的该技术教导仅实现了这种色心晶体与光源的直接组合，此外，这种色心晶体的制造与CMOS不兼容。

根据DE 10 2014 219 547 A1，已知与压力传感器的制造相关地将晶体作为外加剂放置到旋涂玻璃上。色心的状态由外部透镜读出。

根据US 2005 0 218 397 A1，已知将NEMS天线用于硬盘的读出头。

这些文件都没有公开用于构建基于NV中心的紧凑型单芯片量子传感器系统的任何解决方案，因为它们没有公开这种系统的可靠生产及其构造。

就本文件而言，将色心理解为晶体中的顺磁中心。这些顺磁中心优选是金刚石中的NV中心。如果合适的话，可以使用SiV中心和类似的中心。

发明内容

本发明的目的

因此，本发明的目的是创建一种没有现有技术的上述缺点并且具有其他优点的解决方案。

在适用的情况下，权利要求的特征可以相互组合。这同样适用于说明书中的特征。

权利来自于权利要求。

根据本发明的问题的解决方案

量子技术、微电光、微电子或光子系统的生产方法的基本思想是提供具有NV中心的纳米金刚石，然后在例如水溶液或具有其他合适溶剂或类似的合适试剂的溶液中将纳米金刚石和载体材料(TM)(例如明胶)一起搅拌，以形成纳米金刚石在载体中的胶状溶液。因此，其是用于MOS或CMOS微系统中的功能型纳米颗粒的组装原理。该原理通常可以扩展到采用MOS或CMOS电路或其他半导体和/或微技术制造的电路中的功能型纳米颗粒的组装。

基于示例性附图以示意性的简化方式解释本发明。

这些特征可以相互组合，只要其是有意义的。

这里所展示的量子技术系统优选不使用需要晶体的精确对准的微波。尽管如此，这里所公开的这些基本原理也适合于这种微波系统。

对于下面提到的纳米颗粒(NP)，优选使用具有NV中心的金刚石。它们的尺寸优选但显然不一定在纳米范围内。因此，其他尺寸范围显然包括在权利要求和本公开中。根据本发明认识到，与现有技术相比，不需要微波辐射来操作系统，使得被激发到高水平的顺磁中心下降到中等水平，在下面也将顺磁中心称为色心。在具有NV中心的金刚石的情况下，色心是NV中心。如果传感器元件，例如金刚石晶体具有足够高的顺磁中心密度，即，例如优选具有金刚石中足够密度的NV中心，则这通常是足够的。基于每单位体积的碳原子数量，示例性金刚石晶体优选具有大于0.01ppm的NV中心密度。当然，例如，可以使用诸如大于0.01ppm和/或大于10

具体实施方式

图1

图1中示出了该基本思想：首先，我们在这里假设足够大的数量的功能型纳米颗粒(NP)以相同形式存在。作为示例，我们在这里假设纳米颗粒(NP)是具有色心(FZ)的纳米金刚石。这些纳米金刚石是可能具有不同性质和/或不同色心的其他可能的纳米颗粒的示例。因此，在下文中，也用附图标记NP来指代纳米金刚石，以便表示用于纳米颗粒本身的该示例。在纳米金刚石的情况下，作为色心，NV中心是优选的。

将具有色心(FZ)的纳米金刚石(NP)与先前选择并提供的载体一起放置在例如容器中，并且可选地，将用于调节粘度的溶剂(LM)也一起放置在该容器中，以便用于混合和搅拌(VR)直到形成胶状混合物(KL)，这适合于例如在随后的旋涂或印刷工艺(例如丝网印刷工艺和/或漏版印刷(stencil printing)和/或移印)中预期的进一步加工，上述载体以合适的形式提供载体材料(TM)，例如作为明胶水溶液提供。

如前所述，这些方法原则上不限于使用这些载体材料(TM)(水溶液中的明胶)和这些纳米颗粒(NP)，即具有NV色心作为色心(FZ)的纳米金刚石。在本文件的上下文中，术语“色心”包括所有合适的顺磁中心。例如，如果作为具有SiV中心作为色心(FZ)的纳米颗粒(NP)的金刚石纳米颗粒或具有相应的顺磁中心的硅纳米颗粒对实现将要生产的系统的技术目的有用，则可以使用这些纳米颗粒来代替具有NV色心的纳米金刚石。为了简化说明，我们在这里不展示所有有意义的变形。然而，要求保护的内容也包括这种组合。如果将要生产的系统所解决的技术任务和预期的生产方法(涂布和/或印刷和/或局部润湿)需要，则也可以使用其他材料的纳米颗粒(NP)和其他载体材料(TM)和其他溶剂(LM)的其他组合。在下文中，主要仅使用术语“涂布”。如果适用，该术语还应当包括术语“涂漆”、“涂布”和/或“局部润湿”。在这里，附图标记(NP)不仅代表纳米金刚石，而且还代表更一般的纳米晶体，甚至代表也可以包括功能元件的更一般的纳米颗粒(NP)。

这些功能元件可以是诸如色心等量子力学功能元件和/或诸如天线和/或纳米级电路和/或电子构件和/或电子电路和/或天线等电磁功能元件等。

然而，这些功能元件也可以是铁磁性、抗磁性和其他顺磁性功能元件。

纳米颗粒(NP)可以是非晶的、玻璃状的、多晶的或单晶的。

纳米颗粒(NP)也可以包括不同的材料和层。

例如，其可以是涂布有SiO

特别指出的是，诸如分离的MEMS或NMES天线或其他纳米观子结构等分离的纳米观器件也可以以预期的方式放置。因此，纳米颗粒(NP)可以包括操作原理是电磁和/或光学(其也是电磁相互作用。)和/或机械和/或催化的纳米观功能元件。

例如，MEMS和NEMS结构可以是等离子体天线，但也可以是例如具有色心(FZ)(在纳米金刚石的情况下，例如，NV和/或H3中心)或其他量子技术功能元件的纳米颗粒(NP)，特别是纳米金刚石(ND)。

因此，这里所述的过程是用于大量纳米观的、优选相似的物体的组装过程，然而，这些物体不一定是相同类型的物体。

关于纳米观物体(纳米颗粒(NP))的生产

在第一组处理步骤中，可以使用微技术中已知的光刻法在例如硅晶圆或GaAs晶圆或金刚石晶圆等晶圆上大量生产这种纳米观物体(纳米颗粒(NP))。然后，在第二组处理步骤中，可以例如通过湿化学方法并通过随后的从用于分离的湿化学蚀刻剂的过滤使这些纳米观物体(纳米颗粒(NP))与所述晶圆分离，以用于随后的放置过程。

本文件意义上的纳米颗粒(NP)是指小于50μm、更好小于20μm、更好小于10μm、更好小于5μm、更好小于2μm、更好小于1μm、更好小于500nm、更好小于200nm、更好小于100nm、更好小于50nm、更好小于20nm、更好小于10nm、更好小于5nm、更好小于2nm、更好小于1nm的物体。

胶状漆(KL)的生产过程

我们再次参照图1。

通过混合纳米颗粒(NP)(这里为示例性的纳米金刚石)和载体材料(TM)(这里例如为水性明胶(aqueous gelatin))，可以产生可加工、可流动的物质，即胶状漆(KL)形式的胶状混合物。通过添加或多或少的溶剂(LM)(这里例如为水)，通常可以最佳地调节胶状漆(KL)的粘度。根据载体材料(TM)，有机和无机溶剂(诸如酒精和/或水)适合作为溶剂(LM)。混合不同类型的纳米颗粒是有用的。例如，如果一些纳米颗粒是铁磁性的或具有铁磁性子器件，则这是有用的。

用于涂布平面基板(Sub)的方法

为了能够将功能型纳米颗粒(NP)与平面基板(Sub)(例如MOS晶圆或CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆或平面玻璃晶圆或塑料晶圆)组合，使用先前所述的胶状漆(KL)对平面基板(Sub)进行涂漆的过程是必要的。

这里所展示的方法的基本版本规定，例如通过旋涂或喷涂将由此产生的胶状漆(KL)涂覆到平面基板(Sub)上，该平面基板优选是半导体基板，例如硅晶圆(参见图2)。关于现有技术中可能的涂布过程，例如在这里参照Marc J.Madou“Fundamentals ofMicrofabrication:the Science of miniaturization(微细加工基础：微型化科学)”CRCPress 2002。

图2示出了对应于涂布过程的可能的涂布工艺的示例。例如，通过优选位于示例性平面基板(Sub)(这里为示例性晶圆)的对称中心的分配器(DP)，即特殊的定量装置，以每单位时间涂覆优选预定量的方式将胶状漆(KL)涂覆在该平面基板上。作为示例性平面基板(Sub)的晶圆放置在旋涂机(SC)的转盘上。旋涂机(SC)的该转盘通常根据工艺的典型时间速度曲线以工艺的典型速度旋转。涂覆和旋转速度可以取决于自例如通过分配器(DP)进行涂布开始以来的时间点，以便确保使用胶状漆(KL)进行涂布和纳米颗粒(NP)的放置的最佳结果。因此，它们优选遵循胶状漆(KL)的涂覆量的旋转速度曲线或时间曲线。

在图3中，以简化形式示意性地示出了涂布过程的示例性步骤。图3中的相关示例性涂布过程随着涂布过程(1)的开始而开始。然后，提供(2)平面基板(Sub)，优选半导体基板，例如晶圆，并且提供(3)以载体材料(TM)中的纳米颗粒(NP)和可能的附加溶剂(LM)的胶状溶液形式存在的所述胶状漆(KL)。平面基板(Sub)的提供(2)和胶状漆(KM)的提供(3)可以以任意顺序进行，依次或同时进行。在放置具有色心(FZ)的纳米颗粒(NP)作为功能型纳米颗粒元素的示例中，至少一些，更好地所有纳米颗粒(NP)应具有功能元件。在将纳米晶体作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，并且在色心(FZ)的情况下，所有纳米晶体都应具有匹配的色心(FZ)。在将纳米金刚石作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，所有纳米金刚石都应具有色心(FZ)，例如NV中心和/或H3中心。

最优选地，所有纳米颗粒(NP)都应具有相同数量的相同功能元件。在将纳米晶体作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，并且在色心(FZ)的情况下，所有纳米晶体都应非常特别优选地具有相同数量且相同类型的色心(FZ)。在将纳米金刚石作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，所有纳米金刚石都应具有相同数量的色心(FZ)，例如NV中心和/或H3中心。

最优选地，所有纳米颗粒(NP)都应恰好具有一个功能元件。可以将由形成功能元件的数个子结构组成的整体结构理解为功能元件。例如，可以存在可以相互缠绕或以其他方式耦合的数个量子点。例如，这些量子点可以是色心。在将纳米晶体作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，并且在色心(FZ)的情况下，如果所有纳米晶体都恰好具有一个色心(FZ)，则这是有用的。在将纳米金刚石作为纳米颗粒(NP)放置的情况下，这意味着所有纳米金刚石都恰好具有例如一个NV中心或一个H3中心。

稍后对胶状漆(KL)进行结构化和硬化，以在平面基板(Sub)上形成结构化的胶状膜(FM)。为了使稍后的该胶状膜(FM)可以粘附到平面基板(Sub)的表面，功能型纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)应能够润湿平面基板(Sub)的至少一部分。这可以以已知的方式控制，例如，通过一种或多种可选的使用氢或氧等进行的初步等离子体处理(5)。也可以通过等离子体处理之前的光刻(4)在该区域中对表面的润湿性进行调制(润湿与非润湿)。为了这个目的，在等离子体处理(5)之前，例如，在所述光刻(4)步骤中，一些表面区域选择性地被光刻胶覆盖，而其他待处理区域没有被光刻胶覆盖，从而它们暴露在等离子体之下。因此，可以想到，润湿性的这种调制将是进一步可选的光刻(4)形式的附加工作步骤(参见图3)。

在等离子体处理(5)之后，如果预先实施了所述光刻(4)步骤，则通常会再次去除覆盖漆(6)。

然后，使用纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)对平面基板(Sub)进行涂漆(7)，以便在平面基板(Sub)的表面(OF)上获得胶状膜(FM)(也参见图2)。这是通过例如对先前产生的胶状漆(KL)进行喷射和/或喷涂和/或印刷来完成的。

一般而言，包含纳米晶体纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)然后会硬化成胶状膜(FM)(8)，使得其在机械上足够稳定以进行进一步加工，但也可以通过其他后续处理步骤而结构化。胶状膜(FM)的该结构化(9)通常优选使用光刻法实施。这种结构化(9)不是绝对必要的。在一些应用中，使用所述涂漆方法中的一种来涂覆胶状漆(KL)，即实施涂漆(7)，然后直接使胶状漆(KL)完全硬化(10)可能就足够了。除了所述光刻工艺之外，还可以想到通过微机械工艺(刻划、铣削)进行结构化(9)。准分子激光和诸如电子和/或离子束等粒子束也可以用于结构化。胶状漆(KL)的载体材料(TM)或由其产生的胶状膜(FM)本身就是一种光刻胶材料，因此胶状漆(KL)是光刻胶，或者光刻胶作为覆盖层涂覆到胶状漆(KL)上。在后一种情况下，应选择光刻胶，使其可以选择性地朝向胶状漆(KL)或朝向胶状膜(FM)结构化，并且胶状漆(KM)或胶状膜(FM)可以选择性地朝向光刻胶结构化。

然而，具有合适的光敏载体材料(TM)(例如合适的光敏聚酰亚胺)的胶状漆(KL)的变形是优选的。

然后，进行胶状漆(KL)的优选光刻或微机械结构化(9)，以形成胶状膜(FM)。在结构化(9)之后，通常会进行胶状膜(FM)的最终硬化(10)。

使用所提出的方法，因此可以将任意纳米颗粒(NP)和功能型纳米颗粒(NP)具体地局部放置在晶圆上，特别是放置在CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆或平面玻璃晶圆或塑料晶圆上。

纳米颗粒(NP)的优选性质

特别优选地，纳米颗粒(ND)是晶体尺寸小于1μm和/或小于500nm和/或小于250nm和/或小于100nm和/或小于50nm和/或小于25nm和/或小于10nm和/或小于5nm和/或小于2.5nm和/或小于1nm的纳米晶体。

非常特别优选使用金刚石纳米晶体和/或Si纳米晶体。

纳米颗粒(NP)优选具有功能元件。该功能元件优选是色心(FZ)，其适合于并且旨在用于该目的性的预定电磁辐射和/或预定电磁场，以特别地通过吸收和/或辐射来相互作用。

在纳米金刚石作为纳米颗粒(NP)的情况下，至少一个色心(FZ)优选是金刚石纳米晶体中的NV中心(NV)或H3中心或SiV中心。

混合不同类型的纳米颗粒是有用的。例如，如果一些纳米颗粒是铁磁性的或具有铁磁性子器件，则这是有用的。

作为纳米颗粒(NP)的纳米晶体可以具有数个相同或不同类型的色心(FZ)。各纳米晶体优选具有至少一个合适的色心(FZ)。更好的是，每个纳米晶体恰好具有至少一个合适的色心(FZ)。更好的是，每个纳米晶体恰好具有至少一个合适的一种色心类型的色心(FZ)。更好的是，每个纳米晶体恰好具有至少一个合适的一种色心类型的色心(FZ)，且没有其他色心类型的色心。更好的是，所有纳米晶体分别恰好具有一个合适的第一色心类型的色心(FZ)，且没有其他色心类型的色心。然而，这些都不是强制性要求。在这里，将色心类型理解为是指晶体中的色心的特定原子结构，例如金刚石中的NV中心或金刚石中的SiV中心或金刚石中的H3中心。

也可以想到，将由III/V材料和/或II/VI材料和/或直接半导体材料或上述材料的混合物制成的纳米晶体用作纳米颗粒(NP)。可以将这种纳米颗粒(NP)的电磁功能元件(例如顺磁中心)的潜在单频单光子激发能力理解为色心(FZ)。

在这方面，纳米颗粒(NP)也可以是电磁相互作用的纳米结构，例如具有可以由单个光子电磁激发的谐振频率的纳米机械电磁和/或机电谐振器和/或天线结构。在极端情况下，也可以是点、线或面晶体缺陷。这里的方法是一种将纳米观粉尘中的单个功能型纳米颗粒(NP)定向、空间分辨地放置在平面基板(Sub)上的方法。

预制纳米颗粒(NP)的生产过程

图4示出了作为功能型纳米颗粒(NP)的微技术生产的示例的用于生产预制金刚石纳米颗粒(ND)的示例性方法。原则上，如果采用适当的蚀刻剂，则该过程可以转移到作为晶圆材料的除硅以外的材料。

首先，提供沉积基板(W)，例如硅晶圆(图4a)。在该沉积基板(W)上沉积功能层，例如金刚石层(图4b)。根据现有技术，已知多种用于沉积金刚石层的方法，例如通过CVD方法，因而在这里不必进一步解释。作为示例，在这里参照书籍Koji Kobashi,“Diamond Films:Chemical Vapor Deposition for Oriented and Heteroepitaxial Growth(金刚石膜：用于定向和异质外延生长的化学气相沉积)”Elsevier Science,November 30,2005,ISBN9780080447230。

优选在这种处理中实施用于降低氢浓度的处理步骤，以便从通过CVD沉积的金刚石层中去除过量的氢。优选地，在高温下并且优选在高压下进行热处理。非常特别优选地，这在沉积期间随着沉积周期性地进行，以便使金刚石中的低扩散率无效。金刚石层通常是在存在氢的情况下沉积的，这防止了在金刚石中形成NV中心。由于循环沉积，尽管扩散率低，但是氢仍可以从少数沉积层中扩散出来并离开该层。以这种方式，可以减少氢含量。

还建议使用掺杂剂掺杂金刚石层，以提高NV中心产量。例如，在这里考虑使用硫掺杂金刚石层。可以在沉积期间和/或通过离子注入进行掺杂。

金刚石层优选具有预定的晶体取向。关于预取向金刚石层的生长，参照现有技术。

金刚石层优选是同位素纯金刚石层，以便将NV中心和金刚石晶格之间的相互作用保持在预定比例。优选地，同位素纯金刚石层由

在已经沉积了合适的功能层(D)之后，例如通过单独的离子注入，然后在功能层(D)中优选的预定位置处产生色心(FZ)。

作为这方面的示例性文献，可以提及的是：

·Burchard B.,Meijer J.,Rangelow I.,Bischoff L.；“NM Scale ResolutionSingle Ion Implantation Into Diamond for Quantum Dot Production(用于量子点生产的纳米级分辨率单离子注入金刚石)”15th European Conference on Diamond,Diamond-Like Materials,Carbon Nanotubes,Nitrides and Silicon Carbide(DIAMOND2004),At 12-17September 2004·Riva del Garda,Italy；

·Meijer,J,Rangelow,I.,Burchard,B.；“A Set Up for Quantum DotGeneration by Means of Ultra High Resolution Single Ion Implantation(通过超高分辨率单离子注入产生量子点的装置)”WE_Heraeus-Seminar,Bad Honnef,Germany 13.-15.Oct.2003；

·Meijer,J.,Pezzagna,S.,Vogel,T.,Burchard,B.,Bukow,H.H.,Rangelow,I.W.,Sarov,Y.,Wiggers,H.,Plümel,I.,Jelezko,F.,Wrachtrup,J.,Schmidt-Kaler,F.,Schnitzler,W.,Singer,K.,“Towards the implanting of ions and positioning ofnanoparticles with nm spatial resolution(实现具有纳米空间分辨率的离子注入和纳米颗粒定位)”Appl.Phys.A 91,567–571(2008)。

在最后步骤中，将功能型纳米颗粒(NP)与沉积基板(W)分离(图4e)。

在图4的方法中，纳米颗粒(NP)优选被制成相对于沉积基板(W)的表面具有固定的晶体取向的纳米晶体。

因此，纳米颗粒(NP)优选不具有完全对称的结构，而是具有降低的或不存在的对称性。

例如，如果以这种方式将纳米金刚石制成纳米颗粒(NP)，则可以将NV中心制成色心(FZ)。它们的光学、电磁和量子力学性质取决于晶体方向。例如，如果组装后纳米金刚石的[111]方向与辐射电磁场的指向矢量和/或外部电磁场的通量密度B的方向一致，则这是有意义的。为了这个目的，提供具有合适机械形状的纳米颗粒(NP)，这里例如为纳米金刚石，使得它们以预定方式布置在稍后的目标基板(平面基板(Sub))的表面上是有意义的。

还存在用于制造具有示例性NV中心作为色心(FZ)的示例性金刚石纳米晶体作为纳米颗粒(NP)的各种其他方法。作为示例，指出以下文本：

·Xerui Song,GuanzHong Wang,Xiaodi Lui,Fupan Feng,“Generation ofnitrogen-vacancy color center in nano-diamonds by high temperature annealing(通过高温退火在纳米金刚石中产生氮空位色心)”,Applied Physics Letters 102(13),April 2013；

·Taras Plakhotnik,Haroon Aman,“NV-centers in Nano-diamonds:How goodthey are(纳米金刚石中的NV中心：它们有多好)”Diamond and Related Materials 82,December 2017；

·Bradley R.Smith,David W.Inglis,Bjomar Sandness,Taras Plakhotnik,“Five-Nanometer Diamond with Luminescent Nitrogen-Vacancy Defect Centers(具有发光氮空位缺陷中心的五纳米金刚石)”Small 5(14):1649–1653；March 2009；

·“Photoluminescence of color centers in nanodiamonds”in“Nanodiamonds(纳米金刚石中的色心的光致发光)”p.155-181；

·Huang-Cheng Chang,Wesley Wie-Wen Hsiao,“Fluorescent Nanodiamonds(荧光纳米金刚石)”,Wiley；edition:1(12.September 2018)；

·Jean-Charles Arnault“Nanodiamonds:Advanced Material Analysis,Properties and Applications(Micro and Nano Technologies)(纳米金刚石：高级材料分析、性质和应用(微纳米技术))”,Elsevier；edition:1(25.April 2017)；

·Vadym N.Mochalin,Yury Gogotsi,“Nanodiamond–polymer composites(纳米金刚石-聚合物复合材料)”Diamond&Related Materials 58(2015)161–171。

上述列表并不是详尽的。上述文件均未涉及在微光学系统或MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或双极电路中或在平面玻璃、陶瓷或塑料基板上的厚膜系统中安装纳米晶体，而这正是批量生产的主要障碍。

图5示出了另一种过程：提供例如由金刚石制成的没有进一步结构化的沉积基板(W)作为具有优选的限定晶体取向的单晶金刚石晶圆或多晶金刚石晶圆(图5a)。该金刚石晶圆优选是同位素纯金刚石晶圆。可替代地，该金刚石晶圆也可以具有比例减小的其他碳同位素。

然后，在基板(W)中产生色心(FZ)，例如NV中心(图5c)。例如，这可以通过氮的离子注入和随后的温度处理来完成。然后，例如，通过光刻和RIE等离子体蚀刻进行结构化(图5d)。在最后步骤中，例如，通过底切(undercutting)将纳米颗粒(NP)(这里是示例性纳米金刚石)与沉积基板(W)分离。例如，也可以使用硅晶圆等来代替金刚石基板作为沉积基板(W)。

作为纳米颗粒(NP)的纳米观物体

在开发本发明时，人们认识到，纳米观物体的放置通常是一个问题。由于功能特性，特别是量子光学性质取决于纳米颗粒(NP)内的取向，因此这不仅是关于将纳米观物体放置在某个位置，例如放置在具有大量光子系统的晶圆上，而且还是关于将用作纳米颗粒(NP)的纳米观物体对准。为了这个目的，如果相对于这种纳米颗粒(NP)的轮廓来限定这种纳米颗粒(NP)的轮廓和这种纳米颗粒(NP)的材料的晶体结构，则这是有益的。

通过这种纳米颗粒(NP)的不对称轮廓，可以在使用纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)进行涂布(参见图2)的期间实现纳米颗粒(NP)在平面基板(Sub)上的微流体结构上的优选附接方向。稍后将对此进行详细介绍。

微流体功能元件对纳米颗粒(NP)的放置支持

在完成本发明时，首先第一件事是使用微技术中常见的旋涂机(SC)。人们认识到，可以通过平面基板(Sub)上的微流体结构来控制在胶状漆(KL)的旋涂期间的胶状漆(KL)的进程。

图6示出了在使用胶状漆(KL)涂布平面基板(Sub)期间支持纳米颗粒(NP)的放置和(在必要时)对准的示例性微流体结构。

微流体结构由第一部分结构组成，即由导向结构(LS)组成，该导向结构的目的是在涂漆过程中流动的同时捕获胶状漆(KL)内预定量的纳米颗粒(NP)以及在纳米颗粒(NP)的捕捉结构(FS)的方向上引导它们。

导向结构(LS)的特征在于，其不会阻止纳米颗粒(NP)的移动，而是将其引导至目标。因此，在涂漆期间，导向结构应与胶状漆(K1)的漆流方向(FR)对准。在将旋转对称的晶圆作为平面基板(Sub)的情况下，优选存在的对称轴线(SA)应朝向旋涂机(SC)的旋转轴线(RA)(也参见图1)。因此，合理的是，生产这些微流体结构不是通过使用光刻机曝光光刻胶而是通过使用整个晶圆掩模和具有光学器件的光源来曝光光刻胶。

在图6的示例中，导向结构(LS)由两个凹槽组成，这两个凹槽优选是在使用胶状漆(KL)涂布之前通过在平面基板(Sub)上微结构化而产生的。可能的是，在制作这些微流体功能元件(LS、FS、FS1、FS2)之前，将平面基板(Sub)抛光。

例如，如果其是CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆或平面玻璃、陶瓷或塑料晶圆，则例如在制造微流体功能元件(LS、FS、FS1、FS2)之前使用CMP抛光该晶圆是有意义的。

在图6的示例中，微流体结构具有作为第二部分结构的捕捉结构(FS)，该捕捉结构具有位于下部的多个子结构(FS1、FS2)，并且该捕捉结构的任务是在可能的情况下固定至少一个纳米颗粒(NP)。在图6的示例中，这是通过第一子捕捉结构(FS1)完成的，该第一子捕捉结构降低了纳米颗粒(NP)一旦被捕捉而逃脱的可能性。在图6的示例中，其是优选在与导向结构(LS)相同的工作步骤中生产的结构。这是从平面基板(Sub)的表面突出的弹簧结构的示例。在图6的示例中，第一子捕捉结构(FS1)形成朝向导向结构(LS)开口的U形杯。

除了第一子捕捉结构(FS1)之外，在图1的示例中，捕捉结构(FS)还具有作为示例的第二子捕捉结构，该第二子捕捉结构是例如通过蚀刻在平面基板(Sub)的表面中制成示例性凹槽(FS2)而形成的。

局部图6a表示示例性微流体结构的示意性简化平面图。局部图6b表示沿着图6a的线A-B的示意性简化截面。局部图6c表示沿着图6a的线A'-B'的示意性简化截面。

因此，例如，如果根据漆流方向(FR)对准，则作为导向结构(LS)的朝向边缘逐渐变细的肋导致在该结构的端部处纳米颗粒(NP)被放置在作为平面基板(Sub)的表面中的第二子捕捉结构(FS2)的凹陷中的可能性增加。

由于这些捕捉结构(FS)和导向结构(LS)应优选地相对于通常为圆形的晶圆的中心对称地对准，该中心应与旋涂机(SC)的旋转轴线(RA)相同，因此在生产中出现了特别的困难，这是因为离心力具有该旋转对称性。针对图6的结构，在图7中以示例方式而非按比例示出，仅用于说明，在原理上以非常简化的方式示出以用于阐明。

该旋转对称的布置意味着在至少微流体结构(捕捉结构FS和导向结构LS)的生产期间，晶圆(平面基板Sub)在光刻机中曝光期间必须旋转，这需要特殊的光刻机并且非常昂贵。一种廉价的替代方案是使用整个晶圆掩模，因为其在微机械生产中的许多位置仍然是常见的。这是特别有用的，因为不管怎样，微流体结构在μm范围内通常是相当宏观的。微流体功能元件(FS、LS、FS1、FS2)控制胶状漆(KL)的漆流，因此控制涂布(例如图2)期间的纳米颗粒(NP)的移动。

因此，在使用具有一种纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)对平面基板(Sub)进行涂漆或涂布和/或局部润湿期间，微流体功能元件(FS、LS、FS1、FS2)中的至少一个是优选提供和/或适合的，以进行机械或流体机械相互作用，以便最终影响它们的放置，并在必要时影响对准。当然，可以想到，提供其他微流体功能元件，这可能与制造过程完全没有关系，但是，例如，其仅会在系统的后期操作期间接管功能。例如，这在用于控制体液等的系统的医学应用中是有用的。至少部分地与为了放置纳米颗粒(NP)而提供的微流体功能元件(FS、LS、FS1、FS2)一起制造其他微流体功能元件是有意义的。

如已经提到的，在工艺顺序方面，在微流体功能元件(FS、LS、FS1、FS2)之前制造将要在平面基板(Sub)中制造的任意微电子电路部分通常是但并不总是有益的。这通常也适用于微光学功能元件。

关于平面基板(Sub)的优选性质

平面基板(Sub)优选包括半导体晶圆和/或其他半导体基板和/或硅晶圆和/或GaAs晶圆和/或由IV材料制成的晶圆和/或由III/V材料制成的晶圆和/或由II/VI材料制成的晶圆和/或由这些材料的混合物制成的晶圆和/或锗晶圆和/或单晶金刚石晶圆或多晶金刚石晶圆和/或玻璃晶圆和/或陶瓷晶圆和/或金属片和/或塑料板。平面基板(Sub)优选至少部分是半导电的。

可能地，这些可以是通过胶合等堆叠到晶圆包并且以光刻或类似方式结构化的晶圆。

平面基板(Sub)优选包括微集成电路。因此，平面基板(Sub)优选至少部分是半导电的。

因此，对于这里所公开的技术而言，如果在引入纳米颗粒(NP)之前，已经对半导体基板应用用于生产电子构件的方法和/或在半导体基板上实施用于生产电子MOS或CMOS或BICMOS或双极构件的方法，则这是特别有益的。

因此，平面基板(Sub)优选是MOS、CMOS或BICMOS晶圆或使用双极技术制造的晶圆，该平面基板具有控制用于检测色心(NV)的发光的光源和/或光敏构件(例如光电二极管)的微电子电路和/或评估该光敏构件的测量信号的微电子电路。本公开意义上的电子电路包括在平面基板(Sub)中制造的至少两个微电子构件的互连。微电子电路优选包括至少一个晶体管作为微电子构件。该晶体管优选是MOS晶体管。优选地，微电子电路包括至少一个晶体管，例如N沟道MOS晶体管或NPN双极晶体管，并且包括与其互补的至少一个晶体管，例如P沟道晶体管或PNP晶体管，然后这两种晶体管是同一微电子电路的一部分，然后这两种晶体管在平面基板(Sub)中制造。

例如，平面基板(Sub)也可以是具有至少一个微机械和/或微机电功能元件(例如隔膜和/或悬臂(＝横梁或载体))的MEMS晶圆。平面基板(Sub)也可以是共集成的CMOS-MEMS晶圆和/或BICMOS-MEMS晶圆或双极晶圆，而由它们制成的通常被称为芯片的器件因此包括微电子电路，例如MOS或CMOS或BICMOS或双极电路，并且包括微机械功能元件。因此，这种芯片优选具有通过紧固装置牢固地连接到平面基板(Sub)的纳米颗粒(ND)，该紧固装置例如是固化的载体材料(TM)。纳米颗粒(ND)优选具有所述顺磁中心，例如金刚石中的一个或多个NV中心。优选地，将微光学功能元件制造在平面基板(Sub)中或牢固地连接到平面基板(Sub)，特别优选地，将光波导制造在平面基板(Sub)中或牢固地连接到平面基板(Sub)，该平面基板优选具有纳米颗粒(ND)的顺磁中心以及微集成电路的发光构件，该发光构件例如是稍后所述的MESA结构(MS)，该MESA结构优选制造在平面基板中或平面基板上和/或光学耦合到微集成电路的光敏微电子构件，例如光敏PN二极管(pG、nG)。微电子电路可以由其他微光学功能元件来补充。

具有纳米颗粒(NP)的示例性MOS系统或CMOS系统或BICMOS系统或双极系统

图8以粗略简化的方式示意性地示出了示例性系统的截面，以便阐明先前提出的内容。示例性器件的基础是平面基板(Sub)。为清楚起见，其旨在例如成为具有p型导电性的硅晶圆工件(通常称为芯片或裸片)，如在目前常见的MOS和CMOS和BICMOS和双极技术中一样。在这里，该解释当然也适用于双极技术。在引入纳米颗粒(NP)之前，对示例性平面基板(Sub)，这里是对硅晶圆实施MOS或CMOS或BICMOS或双极工艺。通过该工艺在硅晶圆上生产微电子电路，将该硅晶圆分别转换为MOS晶圆或CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆。象征性地，对于这种微电子电路，以简化的形式示意性地显示单个示例性MOS晶体管。在这里，也可以想到双极晶体管或诸如晶闸管等类似构件。该简化表示旨在确保基本原理清晰，而不会混淆细节。简化表示旨在表达微电子电路与具有一个顺磁中心或多个顺磁中心的纳米颗粒(NP)的共集成，表示一些路径。由于所需演示的复杂性，这里无法示出功能。

在该示例中，作为示例示出的MOS晶体管包括平面P基板(Sub)中的N阱(NW)。所示的示例性MOS晶体管具有源极区域(Sr)、漏极区域(Dr)、用于接触源极区域(Sr)的源极触点(SrK)、用于接触漏极区域(Dr)的漏极触点(DrK)、栅氧化层(GOX)、场氧化层(FOX)、覆盖氧化层(AOX)和栅极(GA)。这些微电子构件上方是由第二金属层(M2L)表示的微集成电路的金属化堆叠体，该第二金属层是上下电绝缘的且被结构化。实际上，MOS、CMOS、BICMOS和双极结构本质上更复杂。例如，它们通常包括多层金属和多晶硅。因此，其基于关于微电子电路的相关现有技术。用于阐明的图8中的器件的结构包括示例性光纤光波导结构(LWL1、LWL2)形式的示例性微光学构件。在图8的说明性示例中，这些旨在与色心(FZ)和纳米颗粒(NP)相互作用。纳米颗粒(NP)可以优选是具有NV中心作为色心(FZ)的纳米金刚石。纳米颗粒(NP)已经通过导向结构(LS)和第一捕捉结构(FS1)被放置在第二捕捉结构(FS2)的凹槽中。胶状漆(KL)在导向结构(LS)的区域和捕捉结构(FS1、FS2)的区域中覆盖器件表面，以将纳米颗粒(NP)的位置固定在第二捕捉结构(FS2)的凹槽中。

在固化之后，胶状漆(KL)的载体材料(TM)必须对所使用的色心(FZ)的辐射以及在必要时泵浦光源的泵浦辐射是足够透明的。第二捕捉结构(FS2)优选填充有胶状漆(KL)的载体材料(TM)。在图8的示例中，胶状漆(KL)的层已经被光刻限制到捕捉结构(FS)和导向结构(LS)的区域。这具有以下优点，例如，优选可以更容易地再次暴露集成电路的电触点。

这里为了阐明而描述的示例性器件具有第一光学光波导结构(LWL1)，其材料可以是例如溅射的SiO

在图8的示例中，提供了示例性光源。这由示例性MESA结构(MS)组成，该结构是优选的并且例如与平面基板绝缘。在该光生成结构中制造发光区域(LG)。在这个背景下，参照关于在诸如硅等间接半导体中生产光源的以下文献：

在图8的示例中，将具有发光区域(LG)的这种光源用于经由第一光学光波导(LWL1)泵浦纳米颗粒(NP)中的色心(FZ)。然后，色心发射由第二光学光波导(LWL2)收集并导向微电子电路的光敏构件(pG、nG)的特征光。

该说明性示例中的示例性光敏构件(pG、nG)由包括N阱(nG)和P阴极(pG)的PN二极管组成。

根据现有技术，已知多种光敏微电子构件，特别地，这些光敏微电子构件可以使用前述的MOS、CMOS、BICMOS和双极工艺制造。为了保持表示的低复杂性和透明度，图8已经被简化到本领域技术人员可以识别哪些示例性元件可以组合以及它们如何组合以及它们如何相互作用的程度。根据现有技术已知的多种微流体、微机械、微光学和微电子功能元件也可以使用在这里提出的方法在类似的器件中组合。例如，布拉格(Bragg)滤波器和镜像结构可以被设置在光波导中。

因此，系统优选包括微电子电路或至少一个微电子构件，特别是光电检测器和/或发光构件。更具体地，系统优选包括微电子MOS、CMOS、BICMOS或双极电路或至少一个微电子MOS或CMOS或BICMOS或双极构件，特别是光电检测器和/或发光构件。在CMOS技术的情况下，优选是CMOS光电检测器，例如CCD像素或CCD像素阵列和/或发光CMOS构件，CMOS构件的特征在于使用CMOS技术制造。微电子电路优选至少部分地使用MOS或CMOS或BICMOS或双极技术制造。

微电子电路优选地还包括例如为微电子电路及(如果适用)其子构件供电和/或为用于激发色心的光致发光的泵浦光源供电的电压调节器。然而，合适的微光学系统一方面必须能够激发色心(FZ)，并且另一方面必须能够检测色心(FZ)发射的光并可靠地将其与泵浦光源的光分开。为了这个目的，如果微电光系统具有在相应的处理步骤中以微技术方式生产的微光学构件，则这是有意义的。滤光器和光纤光学光波导在这里特别重要。

在这一点上，书籍Baha E.A.Saleh,Malvin Carl Teich,“Grundlagen derPhotonik”(英文：“Fundamentals of Photonics(光子学基础)”)Wiley-VCH,2007和Bernhard C.Kress,Patrick Meyreueis“Applied Digital Optics(应用数码光学)”Wiley,2009指出。

因此，所提出的方法优选包括用于执行在半导体基板上生产微光学构件的方法的步骤。

关于合适的发光构件的共集成

如已经指出的，发光构件带来了一个特殊的问题。

将由诸如GaAs或其他合适的III/V材料等具有直接跃迁的半导体制成的材料用作半导体基板，由此可以在晶圆上直接制造用于产生激发色心用的泵浦光的发光构件，或者将由诸如硅或金刚石等具有间接跃迁的半导体制成的材料用作半导体基板。关于在金刚石中产生光源，在这里参照以下文献：

Burchard B.,“Elektronische und optoelektronische Bauelemente undBauelementstrukturen auf Diamantbasis”(英文：“Electronic and optoelectroniccomponents and component structures based on diamonds(基于金刚石的电子和光电构件以及构件结构)”)Dissertation,Hagen 1994。

关于在硅中产生光源，应参照已经提到过的以下杂志文章：

其讨论了其中平均掺杂极高且非常窄的PNP或NPN-MESA结构。作者认为，这是雪崩击穿中的一个组成部分。热电子以热谱的形式发射光能。在NPN结构的情况下，微电子电路在第一N区域的触点和第二N区域的触点之间施加非常高的电压。这是一个突破。基极集电极二极管的击穿将电流注入到基极中。极高掺杂的且非常窄的基极变得导电，使得晶体管突然且极快地导通。靠近PN结的基极集电极电容部分突然放电。这导致在基极中产生电磁波，其通过高掺杂和由此产生的折射率指数跳跃而聚焦。如果“+”象征高掺杂，则在这里建议使用PN

在这种PN

在基板(Sub)中或基板(Sub)的表面(OF)上制造的至少一个微光学功能元件，特别是光学光波导(LWL2)，优选将位于基板(Sub)中或基板(Sub)上的所述发光构件与一个或多个色心耦合，使得它们可以被泵浦或以其他方式进行光学操作。就本文件而言，基板(Sub)包括微光学功能元件(LWL2)。在这种情况下，光波导在其纵向延伸上全部或大部分牢固地连接到基板。可以使用的MESA结构的第一区域(E)和第三区域(C)优选具有第一导电类型。可能使用的MESA结构的第二区域(B)优选具有不同于第一导电类型的第二导电类型，并且第二区域(B)布置在第一区域(E)和第二区域(C)之间。MESA结构(MESA)优选是PNP或NPN的MESA结构，第二区域(B)的宽度优选小于3μm和/或小于1μm和/或小于500nm和/或小于200nm和/或小于100nm和/或小于50nm和/或小于25nm和/或小于10nm。如果掺杂足够高，则当施加足够高的电压时，第二区域(B)适合于发光。与光学功能元件的耦合则证明MESA结构旨在发光。由第二区域(B)发射的光则通过所述微光学功能元件(LWL2)与纳米颗粒(NP)的色心(FZ)相互作用。

另一种可能性是将光源制造为例如纳米观LED，并且像纳米颗粒(NP)一样在单独的工作步骤中放置它们。在这里展示的文件中，如果在这些构件已经与晶圆组件分离之后它们的晶体具有适当小的尺寸，则由此明确地包括这种非常小的发光二极管或PN结(LED)。

在下面，将这种LED称为纳米观LED或纳米LED。

因此，这些纳米LED是粒径小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或小于1nm的纳米颗粒(NP)，优选是纳米晶体。因此，在理想情况下，其可以说是LED粉尘。根据本发明，人们认识到，LED粉尘特别适合于光子系统的构造。

因此，在方法的一个变形中，提出了实施一种在半导体基板上组装发光构件的方法，而通过包括这种纳米观LED作为颗粒的胶状漆(KL)放置纳米观LED也是这种制造步骤。在制造过程期间，胶状漆(KL)被转换为固定纳米LED的胶状膜(FM)。

平面基板(Sub)优选是半导体基板或硅晶圆或GaAs晶圆或由III/V材料制成的晶圆或由II/VI材料制成的晶圆或由通过带隙工程处理的晶圆或金刚石晶圆或Ge晶圆或由混合半导体制成的其他晶圆或这些晶圆的一部分。

因此，在本公开中，提出了包括平面基板(Sub)，特别是半导体基板的量子技术、微电光或光子系统。这里的提议的特别之处在于，除了纳米颗粒之外，整个系统可以由间接半导体材料制成。通常在半导体材料中和/或在半导体材料上制造优选使用MOS、CMOS、BICMOS或双极技术的微电子电路。这里的微电子电路优选包括多个诸如晶体管、二极管、电阻器、电容器、光敏电子构件和可能发光的电子构件等构件。

例如，用于检测纳米颗粒(NP)的色心的荧光的所述微电子电路的这种光敏构件可以例如是作为光敏电子构件(nG、pG)的PN二极管，该纳米颗粒优选是具有NV中心的金刚石，该光敏电子构件是微电子电路的一部分。例如，发光构件可以是如这里所述的MESA结构。量子技术、微电光或光子系统优选包括具有至少一个具有色心(FZ)的纳米颗粒(NP)的胶状膜(FM)或胶状漆(KL)的部分区域(参见图8)。如果量子技术、微电光或光子系统优选包括具有一个或多个纳米颗粒的胶状膜(FM)或胶状漆(KL)的至少一部分区域，该纳米颗粒是铁磁性的或具有铁磁性子器件，并且在必要时，可以通过磁场与纳米颗粒(NP)的色心相互作用，则这是有用的。优选地，通过上述方法中的一种方法产生可选的数个胶状膜(FM)的一个或多个子区域。在优选变形中，纳米颗粒(NP)是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的金刚石纳米晶体。色心优选是金刚石纳米晶体中的NV中心或金刚石纳米晶体中的SiV中心或金刚石纳米晶体中的H3中心。

以下变形是特别优选的：其中，平面基板(Sub)或半导体基板是微电子电路，特别是采用MOS、CMOS、BICMOS或双极技术的微电子电路。通常在平面基板(Sub)中制造的这种微电子电路优选包括多个诸如MOS晶体管、双极晶体管、二极管、电阻器、电容器、线圈和可能的其他半导体构件等微电子构件，以形成整个系统，所述其他半导体构件在平面基板中，特别是在金属化堆叠体中制造，并且通过配线连接到与纳米颗粒的色心(＝顺磁中心)光学耦合的微电子电路，该纳米颗粒优选是具有色心的金刚石。

平面基板(Sub)优选包括至少一个微光学功能元件，例如一个光学光波导结构(LWL1)，并且包括采用MOS、CMOS、BICMOS或双极技术的微电子电路。通常，平面基板(Sub)还包括光敏电气构件(nG、pG)，以便优选地通过该光敏电气构件(pG、nG)检测色心(FZ)的发光。微电子电路的至少一个操作参数，例如微电子电路内的控制信号的值则通常取决于由光敏构件(pG、nG)检测的色心(FZ)的荧光强度值。色心(FZ)优选地经由微光学功能元件(LWL1)耦合到光敏电气构件(pG、nG)。然而，这种量子技术、微电光、光子或微电子系统也可以基于由直接半导体材料制成的平面基板(Sub)。其优点是，系统的发光构件的光输出更高，因此可以实现更好的泵浦功率，这增加了在具有最大的色心荧光强度的磁通量密度处的色心荧光强度和在具有最小的色心荧光强度的磁通量密度处的色心荧光强度之间的对比度。

优选地，使用平面基板(Sub)的基板材料，其中基板的半导体材料可以是III/V半导体材料和/或II/VI半导体材料或通过带隙工程生产的半导体材料。基板材料显然不需要是同质的，但是可以由不同的材料组成。然后，系统包括作为基板(Sub)的一部分的微电子电路、作为微电子电路的一部分的电气构件和作为基板(Sub)的一部分的微光学子器件(LWL1、LWL2)，并且还包括一个或多个具有一个或多个色心(FZ)的纳米颗粒(NP)，纳米颗粒可以是金刚石，色心分别是一个或多个金刚石中的一个或多个NV中心。因此，平面基板(Sub)包括微电子电路、电气构件和微光学器件(LWL1、LWL2)。该系统的特殊特征是，其具有作为基板(Sub)的一部分或在基板(Sub)的表面上制造的至少一个发光电光构件(MS)，而平面基板(Sub)包括发光构件(MS)，并且其中发光电光构件(MS)与微光学子器件(LWL1、LWL2)进行光学相互作用。发光电光构件(MS)通过微光学子器件(LWL1、LWL2)以直接或间接的方式与电气构件进行电气和/或光学相互作用。发光电光构件(MS)和电气构件之间的这种相互作用是在一个色心(FZ)或色心(FZ)中的多个色心的参与下进行的。

因此，平面基板(Sub)优选是半导体基板或硅晶圆或GaAs晶圆或由III/V材料制成的晶圆或由II/VI材料制成的晶圆或已经通过带隙工程处理的晶圆或金刚石晶圆或Ge晶圆或由混合半导体制成的其他晶圆。

在III/V材料的情况下，基板还可以包括LED或激光器。

量子技术、微电光或光子系统优选包括至少一个微光学元件。优选地，该微光学元件适合于或旨在至少满足以下微光学元件中的一者的功能：

·光学透镜的功能和/或

·光子晶体的功能和/或

·滤光器的功能和/或

·光学全反射或部分反射镜的功能和/或

·光纤光波导结构(LWL1、LWL2)的功能和/或

·定向耦合器的功能和/或

·波池(终端)的功能和/或

·循环器的功能和/或

·耦合和/或解耦元件的功能。

色心(FZ)通常与磁场相互作用。因此，如果器件包括磁路的至少一个功能元件和/或一个铁磁子器件或铁磁子结构，则这是有用的。然而，其可以是可选择地集成到例如所述MOS、CMOS、BICMOS或双极电路的金属化堆叠体中的微观或纳米观永磁体。所述铁磁子器件或子结构优选是磁路的一部分。在这种情况下，量子技术、微电光系统优选地以适合于在磁路中引起磁激发的激发器件，例如在金属化堆叠体中产生的扁平线圈为特征。磁性部分器件优选通过沉积铁磁层并且随后进行光刻结构化来制造。

如果将色心(FZ)用作传感器系统的部分器件，则由磁路中的激发器件产生的磁激发H的量和/或方向优选取决于电子电路(即，优选是MOS、CMOS、BICMOS或双极电路)的操作状态参数。在这个背景下，参照德国专利申请DE 10 2018 127 394 A1，该申请在本公开的优先权申请时仍未公开。

使用这里展示的方法来制造根据DE 10 2018 127 394 A1的装置显然是本公开的一部分。这里展示的文件的核心涉及例如如DE 10 2018 127 394 A1中所述的这种系统的大规模批量生产。这里展示的方法也适合于生产量子计算机和其他需要连接到微电子和/或微机械和/或微光学系统的量子光学系统。

这种量子技术、微电光系统通常包括光敏构件(pG、nG)。光敏构件(pG、nG)则优选适合于和/或旨在检测色心(FZ)的发光。例如，如果构建根据在本公开的优先权通知时未公开的所述德国专利申请DE 10 2018 127 394 A1的系统，则微电子电路的至少一个操作参数通常取决于由光敏构件(pG、nG)检测的色心(FZ)的发光值。优选地，色心(FZ)通过各种光学元件一方面经由包括数个光学构件(NP、KL、LWL2)的光波连接与泵浦光源(MS)耦合，并且另一方面经由包括数个其他光学构件(NP、KL、LWL1)的其他光波连接与光敏构件(pG、nG)耦合。因此，集成MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或采用双极技术或这里公开的其他电路技术的电路的特征在于，其包括至少一个优选机械地牢固连接到上述电路并且包括色心(FZ)的晶体子器件，而色心(FZ)充当用于集成电路的预期用途的功能元件。胶状膜(FM)和/或胶状漆(KL)优选在晶体部分器件和平面基板(Sub)之间建立机械连接。例如，优选地，通过一个或多个微光学功能元件的一个或多个光学耦合在色心(FZ)和MOS、CMOS、BICMOS或双极电路的至少一个或多个部分(特别是发光区域(LG)和/或光敏构件(pG、nG))之间建立一个或多个交互连接。集成CMOS电路或MOS电路或BICMOS电路或采用双极技术或其他电路技术的电路通常具有一个或多个晶体管。在BICMOS电路的情况下，这些晶体管可以是双极晶体管和/或MOS晶体管。在MOS或CMOS电路的情况下，这些晶体管可以是MOS晶体管。在双极电路的情况下，这些晶体管可以是双极晶体管。

胶状漆(KL)的印刷

除了使用旋涂机(SC)或喷涂和/或刷涂和/或局部润湿对平面基板(Sub)进行涂漆的方法之外，另一重要方法是使用包括纳米颗粒(NP)的胶状漆(KL)在平面基板(Sub)上印刷的方法。纳米颗粒(NP)优选包括所述色心(FZ)和/或其他功能元件。其优点是，可以立即以结构化的方式执行胶状漆的这种印刷。在这种情况下，在必要时，可以省去位于平面基板(Sub)上的导向结构(LS)的生产和捕捉结构(FS)的生产。为此，可以使用根据印刷技术已知的多种方法。

为此，考虑以下印刷原理：

面对面方案

三种印刷原理之间存在区别：

·具有预结构化的胶状漆(KL)的印刷表面对着平面基板(Sub)的表面(平面对平面)。在这里特别适合微机械结构化的印章。

·具有胶状漆(KL)的印刷滚筒对着平面基板(Sub)的表面(圆形对平面)

印刷表面对着平面基板(Sub)

采用该原理，将要印刷的平面基板(Sub)由涂布有胶状漆(KL)的平面印刷模板上的一个平面反压板(压印板)制成，如前所述，平面基板可以是微结构化并且可以包括特别用于引导胶状漆的微流体元件。胶状漆(KL)被转印到将要印刷的平面基板(Sub)上。该原理的缺点是较大区域所需的力和有限的速度。由于平面基板(Sub)通常是半导体晶圆，因此其非常易碎，通常在印刷期间需要非常均匀的力分布。因此，建议以液压或类似方式安装印刷版。

印刷滚筒对着平面基板(Sub)

采用圆形对平面的原理，通过印刷滚筒在印刷版上的旋转运动在将要印刷的平面基板(Sub)上产生接触压力。印刷滚筒以固定方位绕其轴线旋转，而平面基板(Sub)在各印刷工艺(印刷过程)中同步移动到印刷滚筒下方。结果，接触压力仅在窄条内，即圆形滚筒和平面印刷版之间的“切向”接触区域内是有效的。这对于易碎的平面基板(Sub)通常是不可行的。因此，在这些情况下将使用橡胶辊等，这限制了基板(Sub)上的胶状漆(KL)的结构的分辨率。这能够实现更高的印刷速度和更大的格式。

滚筒对滚筒原理的应用将需要圆筒形或柔性平面基板(Sub)，这被包括在本文要求保护的范围内，但是实际上是不切实际的。

在间接印刷工艺中，可以首先将胶状漆(KL)的印刷图像涂覆到中间载体上。中间载体是柔性的，并且将胶状漆(KL)转印到将要印刷的平面基板(Sub)上。由于这个原因，在使用间接印刷工艺时，印刷图像必须在右侧。间接印刷工艺的示例是胶版印刷、间接凸版印刷和移印。后者特别适合于预期应用，因为当正确使用时，力均匀分布在平面基板(Sub)上。

印刷工艺基于印刷元素和诸如平版、凸版、凹版和漏印等印刷版之间的关系。根据该特征，印刷工艺在DIN 16500中也被区分成以下主要印刷工艺：

凸版印刷：印刷版的图像区域高于非图像区域，例如凸版印刷和柔性版印刷，

平面印刷(另请参阅平版印刷)：印刷版的图像区域和非图像区域大致处于同一水平，例如在胶版印刷中，

凹版印刷：印刷版的图像区域低于非图像区域，

漏印：印刷版的图像区域由主要在可渗透颜色的漏版载体、由塑料或金属丝制成的丝网上的漏版的开口组成。非图像区域不可渗透油漆，例如丝网印刷和risography。

此外，可以根据传输路径进行区分：对于印刷胶状漆时的应用，我们区分直接和间接印刷工艺。直接印刷工艺的特征在于，印刷图像直接从印刷版带到将要印刷的平面基板(Sub)上。因此，印刷图像必须在印刷版上反转成像。直接印刷工艺的示例是刮板凹版印刷、凸版印刷和柔性版印刷。在间接印刷工艺中，印刷图像首先被涂覆到中间载体上。中间载体是柔性的，并且将漆转印到基板上。因此，由于施加力，间接方法特别适合于将由胶状漆制成的结构施加到平面基板(Sub)上。由于这个原因，在间接印刷工艺中，印刷图像必须是横向正确的图像。间接印刷工艺的示例是胶版印刷和在这里特别推荐的移印。

凸版印刷

在凸版印刷的情况下，印刷元素从印刷版突出。当使用用于印刷胶状漆(KL)的凸版印刷时，特别优选使用微结构化的印刷版。

例如，为了印刷到通过CMP而表面上平坦化并且充当平面基板(Sub)的MOS晶圆或CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆上，使用微结构化的晶圆作为相反的印刷版是有意义的，微结构化的晶圆的凸起脊代表压力元件。

平压印刷机形式的用于涂覆胶状漆(KL)的装置是特别适合的。在这种情况下，印刷是平面的/平坦的，因为压板的平坦压力表面压在平坦的印刷版上，该印刷版通常在平压印刷机中垂直地夹紧。只要在平面基板上实现绝对均匀的压力分布，则这种平压印刷机适合于使用凸版印刷方法。在平压的情况下，平面基板优选以例如如MOS晶圆或CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆的晶圆形式供给。

从凸版印刷的该基本形式，可以开发出进一步的印刷形式：

间接印刷。

这是间接凸版印刷，其中艺术品是由作为正确方法的铅版(cliché)印刷的。凸版铅版将印刷图像转印到产生相反图像的橡皮布，所谓的橡胶滚筒上，橡皮布将相反图像印刷到将要印刷的平面基板(Sub)(纸)上。

柔性版印刷

根据凸版印刷已知柔性版印刷。柔性版印刷是较新的凸版印刷工艺，其中印刷版由柔性感光聚合物版组成，在当前情况下优选是微结构化的。通过使用预制的连续印刷版可以显著提高柔性版印刷的效率。这些是专门开发的适用于预期用途的塑料，例如载体材料(套筒)(例如硅晶圆)上的聚酰亚胺层。例如，可以使用CO

凹版印刷

凹版印刷是其中印刷元素通过化学或机械工艺转印到印刷版上的印刷工艺。优选通过微技术工艺产生凹陷。在印刷过程期间，印刷版涂有相对薄的液体胶状漆，并且使用刮板从印刷版上剥离胶状漆(KL)中的包括过量纳米晶体纳米颗粒(NP)的过量漆。当使用金刚石颗粒作为纳米晶体纳米颗粒(NP)时，这并非是没有问题的，因为金刚石纳米颗粒可能会损坏印刷版。

用于印刷过程的胶状漆(KL)优选仅保留在印刷版的凹陷区域中；所以仅印刷这些部分。通过高接触压力将颜色转印到平面基板上，因此该平面基板必须具有一定的柔性。因此，该方法不太适合于印刷MOS晶圆或CMOS晶圆或BICMOS晶圆或双极晶圆。应用于结构化区域的漆量由凸起结构之间的印刷版上的凹陷的深度决定。因此，也可以以这种方式垂直地构造所产生的印刷结构。

平版印刷

采用平版印刷，印刷区域和非印刷区域处于同一水平。为了这个目的，优选通过一种合适的表面处理在印刷版上产生疏水和亲水区域。为此，必须将所选择的载体材料溶解在溶剂(LM)中，这里例如是水。明胶就是这种情况。虽然印刷部分接受载体的溶剂，例如水，但是非印刷区域涂布有油膜或通过等离子体处理进行相应的调整，并且随后排斥这里是水基的印刷油墨。印刷部分将采用胶状漆(KL)。然而，非印刷区域在印刷过程中不接受胶状漆并排斥胶状漆。

丝网印刷

特别合适的另一印刷工艺是丝网印刷工艺。丝网印刷对于这里所展示的技术教导是特别重要的，在丝网印刷中，使用类似擦拭器的工具，优选橡胶刮板将胶状漆(KL)通过细网状织物或模板挤压到将要印刷的平面基板(Sub)上。丝网印刷的印刷版由覆盖有由金属或塑料制成的织物的框架组成。该织物带有由塑料或金属制成的漏版，为了生产该漏版，张紧的织物的整个表面都涂布有感光聚合物并经由正片暴露将要印刷的模体。感光聚合物在非印刷区域中硬化，并且未暴露的材料被洗掉。在印刷过程期间，印刷油墨仅通过已经洗过的织物。也可以将通过微结构化穿孔的硅晶圆用作印刷漏版。

与其他印刷方法相比，印刷速度相对较慢。丝网印刷是一种直接印刷工艺。在印刷过程期间，在印刷版和平面基板(Sub)之间存在几微米到几毫米的小间隙，这对实现所谓的跳跃(德文Absprung)是必要的。理想地，该间隙应为0m，但是这通常无法实现。在刮板将丝网向下挤压到漏版搁置在印刷材料上的位置，该丝网跳跃高度被局部且临时地取消。此时，轮廓被密封，并且胶状漆被转印到平面基板(Sub)上。如果刮板继续移动，则刚涂布有漏版的织物再次抬起。

在不具有支撑丝网的印刷漏版的情况下，漏版本身必须足够稳定并例如由钢或硅制成，并且直接拉伸到框架中。与漏版一样，可能的印刷图像是有限的。不会发生印刷膏组分堵塞网眼-这在其他几乎完全相同的丝网印刷工艺中是可能的。因此，漏版印刷更适合于将胶状漆(KL)涂覆在平面基板(Sub)上。使用微结构化的印刷漏版是特别有益的。例如，可以将使用微结构技术穿孔的晶圆用作印刷漏版。

移印

移印是一种间接的刮板凹版印刷，并且也特别适合于将胶状漆涂覆在平面基板(Sub)上。使用例如由多孔硅橡胶制成的衬垫(塞子)将模板从表面(凹版印刷版)转印到平面基板(Sub)上。因此，其也可以适用于不平坦的平面基板，例如具有电子结构和/或微光学和/或已经形成的微流体功能元件的非平面化硅晶圆。这是特别有益的，因为移印由此可以用于将纳米晶体纳米颗粒(NP)放置在微流体功能元件(FS2)中。

压印

压印是一种柔性版印刷工艺，因此可以分配到凸版印刷。印模优选制成有弹性的。

电子印刷方法

可以想到，通过喷墨印刷或具有x-y坐标控制的合适分配器来涂覆胶状漆。

然后产生可印刷的量子技术构件。作为印刷过程的结果，一种这样的可印刷量子电子构件包括平面基板(Sub)和结构化的胶状膜(FM)。在这里所讨论的应用例中，这可以是结构化的明胶膜，其包括具有NV色心的金刚石纳米晶体。因此，通过胶状漆(KL)的结构化和硬化而产生的胶状膜(FM)包括作为基本特征的纳米颗粒(NP)。至少一些纳米颗粒(NP)或所有纳米颗粒(NP)优选具有一个或多个色心。然而，就本文件而言，纳米颗粒(NP)也可以是纳米LED。结构化的胶状膜(FM)优选印刷在平面基板(Sub)上。其他电子和/或光子功能元件也优选在基板(Sub)上印刷或制造。在基板(Sub)上印刷或制造的这些其他电子和/或光子功能元件优选是以下功能元件中的一种或多种：

·电线，

·电感，

·电容，

·电阻，

·晶体管，

·二极管，

·光波导，

·波耦合器，

·光学谐振器，

·镜子，

·透镜等。

透明漆和/或半导电漆和/或或多或少导电和不导电的漆可以用于印刷这些构件。

以这种方式，可以在平面基板上创建完整的量子技术系统。

这对应于用于在平面基板(Sub)上放置例如具有色心(FZ)的纳米晶体形式的纳米颗粒(NP)的印刷过程。这又是用于生产量子技术或微电光或微电子或光子或微光学系统的过程。该方法再次开始于平面基板(Sub)的部署。例如，基板又是硅晶圆和/或由可以在以下工艺中印刷的不同材料和/或不同的合适材料制成的晶圆。优选是半导体晶圆和/或其他半导体基板或硅晶圆或GaAs晶圆或由IV材料制成的晶圆或由III/V材料制成的晶圆或由II/VI材料制成的晶圆或由这些材料的混合物制成的晶圆或锗晶圆或单晶金刚石晶圆或多晶金刚石晶圆或它们的一部分，或者优选是玻璃晶圆和/或陶瓷晶圆和/或金属片或塑料板或它们的一部分。方法优选包括在该方法中的某个时间点生产典型的集成电路。然而，电路也可以由附接到基板的离散构件组成。作为该制造步骤的结果，平面基板(Sub)因此在方法结束时包括由至少两个电子构件组成的至少一个电子电路，该电子构件机械地固定在平面基板(Sub)上或平面基板(Sub)中。该电路优选包括至少一个MOS晶体管和/或一个双极晶体管。从这个意义上来说，电线是电气构件，使得电路可能包括电线和第二构件，例如电阻器或晶体管。像上面解释的旋涂过程一样，印刷过程包括提供载体材料(TM)中的纳米颗粒(ND)和可能的溶剂(LM)的胶状溶液形式的胶状漆(KL)。如前所述，至少一些纳米颗粒(NP)或所有纳米颗粒(NP)优选包括一个或多个色心(FZ)。纳米颗粒(NP)也可以是纳米LED。上面关于这一点所写的内容也以类似的方式适用于这里。胶状溶液、胶状漆(KL)以其可以润湿平面基板(Sub)的至少一部分的方式混合在一起。然而，现在优选使用胶状溶液、胶状漆(KL)实施平面基板(Sub)的结构化印刷或涂漆或涂布或局部润湿，以便在平面基板(Sub)的表面(OF)上产生结构化胶状膜(FM)。在这种情况下，例如，可以将移印和/或漏版印刷和/或丝网印刷和/或纳米压印印刷方法用作印刷方法。本领域技术人员当然能够根据现有技术中已知的大量方法确定适合于印刷的其他方法。

尽管可以想到使用光刻法进一步构造通过这些印刷技术涂覆的结构化胶状膜(FM)，但是我们在这里假设印刷方法在这里是足够的。然而，本领域技术人员可以容易地通过附加的结构化步骤来进一步改进方法。假设这种进一步的结构化步骤实际上在这里通常不是必要的，则下一步进行胶状膜(FM)的硬化。

再次，纳米颗粒(NP)优选是粒径小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的颗粒。

同样，纳米颗粒(NP)还是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的金刚石纳米晶体。此外，纳米颗粒(NP)可以是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的硅纳米晶体。

纳米颗粒(NP)也可以是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的直接半导体材料的纳米晶体。

纳米颗粒也可以是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的由III/V或II/VI半导体材料或它们的混合物制成的纳米晶体。

纳米颗粒(NP)也可以是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的纳米晶体。

最后，纳米颗粒(NP)可以是晶体尺寸小于1μm和/或更好小于500nm和/或更好小于250nm和/或更好小于100nm和/或更好小于50nm和/或更好小于25nm和/或更好小于10nm和/或更好小于5nm和/或更好小于2.5nm和/或更好小于1nm的纳米LED。

一个或多个色心可以是例如金刚石晶体中的NV中心和/或金刚石晶体中的SiV中心和/或金刚石晶体中的H3中心。

如果平面基板(Sub)的表面中的微流体功能元件(LS、FS、FS1、FS2)在印刷过程期间控制胶状漆(KL)的流动，则这可能是有用的。为了这个目的，执行在平面基板(Sub)上制造微流体功能元件的程序是有意义的。例如，为了影响漆流，可以制造脊和沟槽等。

因此，微流体功能元件(LS、FS、FS1、FS2)中的一些微流体功能元件优选设置成和/或适合于在平面基板(Sub)的表面(OF)上形成结构化胶状膜(FM)，并且当使用胶状漆(KL)印刷平面基板时，与一个或在必要时与数个纳米颗粒(NP)进行机械或流体机械的相互作用。

该公布致力于如何将基于NV中心的量子技术与MOS、CMOS、BICMOS或双极技术组合，而无需修改相关的半导体工艺。因此，用于基板(Sub)的基本标准是，除了氧化物和金属化等之外，其至少部分是半导电的。

因此，平面基板(Sub)优选包括半导体晶圆和/或半导体基板和/或硅晶圆和/或GaAs晶圆和/或由IV材料和/或III/V材料和/或II/VI材料和/或这些材料的混合物制成的晶圆和/或锗晶圆和/或单晶金刚石晶圆或多晶金刚石晶圆和/或玻璃晶圆和/或陶瓷晶圆和/或金属片和/或塑料板。即，也可以想到在提到的最后三个基板上构建量子技术系统。

如果平面基板(Sub)是半导体基板，则在共集成的意义上，优选在使用胶状漆(KL)印刷和/或涂漆和/或涂布和/或局部润湿之前，实施用于在半导体基板上生产电子构件的方法和/或用于在半导体基板上生产电子MOS、CMOS、BICMOS或双极构件的方法是有意义。

作为整个生产过程的一部分，实施用于在半导体基板上生产微光学功能元件的方法也是明智的。这些微光学功能元件优选用于将来自泵浦光源的光引导到色心上，并且另一方面收集色心的荧光并通过合适的光路将其馈送到光电检测器(pG、nG)，光路例如为光波导结构(LWL1、LWL2)和例如布拉格(Bragg)滤波器的滤波器。

如前所述，除了在稍后的操作中可能需要测量的流体供应的可能功能之外，一些微流体功能元件的优选功能是影响胶状漆(KL)的流动，并由此在印刷期间和/或在涂漆和/或涂布期间影响纳米颗粒(NP)的移动。其中的一个功能可以是在印刷过程和/或涂漆过程和/或涂布过程结束之后，增加纳米颗粒(NP)相对于微光学元件(例如，图8中的LWL1和LWL2)位于预定区域(例如，图8中的FS2)中的可能性。这是确保可以保证微光学元件(LWL1、LWL2)和纳米颗粒(FZ)的色心(FZ)之间的相互作用的唯一方法。因此，重要的是，通常，一个微流体功能元件(LS、FS1、FS2)与至少一个也是使用这种方法制造的微光学功能元件(LWL1、LWL2)在功能上是相关的。在该示例中，功能关系仅基于放置控制和实现的色心(FZ)与微光学元件(LWL1、LWL2)的光学耦合的概要而产生。如果所有尺寸都是正确的，则相关的微光学功能元件(LWL1、LWL2)与相关纳米颗粒(NP)的至少相关色心(FZ)(这里，困在微流体功能元件(FS2)中的纳米颗粒及其色心(FZ))进行光学相互作用。例如，这意味着微流体功能元件(FS2)在凹槽中将纳米金刚石作为具有NV色心作为色心(FZ)的纳米颗粒(NP)拾取，并且由于与光学功能元件相关的色心(FZ)的强制定位，例如用于光学光波导结构(LWL1、LWL2)的耦合结构，微流体功能元件(FS2)加强纳米金刚石和光学光波导结构(LWL1、LWL2)之间的这种光学耦合。这种微光学功能元件(这里，以光学光波导结构(LWL1、LWL2)为例)因此适合于和/或设置成与相关纳米颗粒(NP)的至少相关色心(FZ)(这里，困在微流体功能元件(FS2)中的纳米晶体及其色心(FZ))进行光学相互作用。纳米颗粒(NP)优选是具有NV中心的纳米金刚石晶体或纳米LED，然后作为示例，纳米颗粒的活性层可以与所述光学光波导结构(LWL1)耦合。

因此，在该示例中，相关微流体构件(FS2)的实际功能增加了例如纳米晶体的色心(FZ)可以与微光学构件(LWL1、LWL2)相互作用的可能性。为了能够制造完整的光学系统，在半导体基板上实施印刷过程以生产发光器件是有用的。已经参照了

一般而言，这里可以声明，在这里所公开的技术教导中，关于纳米颗粒(NP)与MOS、CMOS、BICMOS或双极电路的构件的生产和相互作用，公开了MOS、CMOS、BICMOS和双极电路以及作为具有色心(FZ)的纳米颗粒(NP)的纳米晶体。

这种量子技术和/或微电光和/或微电子和/或光子系统优选包括半导体晶体作为平面基板(Sub)，并且包括优选以纳米晶体形式的纳米颗粒(NP)形式存在的另一晶体，而半导体晶体包括MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或双极电路或其他微电子电路，因此平面基板(Sub)也包括这些电路，并且其中另一晶体具有至少一个色心(FZ)，并且另一晶体优选地特别通过胶状膜(FM)和/或胶状漆(KL)直接机械地连接到半导体晶体，换言之，平面基板(Sub)。因此，另一晶体特别通过所述胶状膜(FM)和/或所述胶状漆(KL)机械地附接到半导体晶体，换言之，平面基板(Sub)。特殊的是，另一晶体的色心(FZ)与半导体晶体(即平面基板(Sub))的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路的至少一部分之间存在有效连接。上面已经解释了如何制造。

另一晶体优选是金刚石晶体或硅晶体。另一晶体优选是金刚石晶体，并且至少一个色心(FZ)是NV色心和/或H3中心，或者另一晶体是金刚石晶体，并且至少一个色心(FZ)是SiV色心。半导体晶体(Sub)的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路优选包括光敏构件(nG、pG)，例如光电二极管，该光敏构件例如可以与另一晶体的色心(FZ)和/或发光构件相互作用，该发光构件诸如是上面以示例的方式说明的MESA结构(MS)等并且例如也可以与色心(FZ)相互作用。因此，一方面，半导体晶体(Sub)的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路与色心(FZ)之间的有效连接是光学和/或电磁和/或电子有效连接。

另外，半导体晶体(Sub)的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路优选包括电磁构件，特别是磁场产生构件(例如扁平线圈)和/或电场产生构件(例如电容器的电极)。例如，这可以用于影响色心(FZ)的光学性质。在电极的情况下，其优选由对于色心(FZ)的泵浦辐射和/或色心(FZ)的荧光辐射基本上透明的导电材料制成。在作为另一晶体的金刚石晶体的作为色心(FZ)的NV色心的情况下，电极优选由氧化铟锡(ITO)或类似材料制成。另一晶体的色心(例如，金刚石纳米晶体的NV中心)因此可以与已经穿过这种透明电极的电磁波相互作用。

还可以使用另一晶体的色心(例如，金刚石纳米晶体的NV中心)发射穿过这种透明电极的电磁波。由透明电极产生的电场可以影响另一晶体的色心(FZ)的性质。色心(FZ)优选位于透明电极的边缘附近，因为末端效应会增加透明电极边缘处的场强，并因此可以更强烈地影响色心。因此，该电磁构件，例如所述透明电极和/或所述扁平线圈，优选旨在和/或适合于改变色心(FZ)的物理参数，特别是光学参数。

以类似的方式，有用的是，半导体晶体(Sub)的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路包括电磁构件，特别是磁场产生构件和/或电场产生构件，并且该电磁构件旨在和/或适合于根据半导体晶体(Sub)的MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路或其他微电子电路的状态来改变色心(FZ)的物理参数，特别是光学参数。MOS电路、CMOS电路、BICMOS电路、双极电路因此能够改变色心(FZ)的状态。MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或双极电路优选评估取决于色心(FZ)的光发射的光敏传感器(nG、pG)的状态。如果MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或双极电路可以控制电磁波辐射到色心(FZ)中，则这也是有用的。

如果另一晶体具有至少两个色心(FZ)，则对于某些应用而言，建议将它们预先布置并且它们旨在进行物理上可观察的相互作用。例如，这对于量子计算中的应用是有用的。例如，如果金刚石晶体中的两个NV中心彼此相互作用，特别是缠绕，则这是有用的。

为了这个目的，如果半导体晶体(Sub)的MOS电路或CMOS电路或BICMOS电路或双极电路或其他微电子电路包括旨在检测和/或影响至少两个色心(FZ)的相互作用的装置和/或特别地可以由ITO或类似材料制成的电极和/或产生磁场的器件部分，则这是有意义的。例如，可以使用静电场来改变光学性质，这可以用于选择和取消选择色心(FZ)中的各个色心。

本发明还包括用于生产量子技术、微电光、微电子或光子系统的方法的载体材料(TM)，其中载体材料(TM)旨在将纳米颗粒(NP)，特别是纳米晶体和/或纳米观器件嵌入在载体材料(TM)中。

纳米颗粒(NP)具有至少一个色心(FZ)，该色心具有至少一个特征电磁波长和/或至少一个电磁谐振波长。

例如，金刚石中的NV中心具有两个特征波长：用来辐射NV中心以便激发它的绿色泵浦波长；以及NV中心根据在NV中心的位置处的磁通量密度B是有荧光的荧光波长。为了使色心(FZ)可以与器件其余部分的光学功能元件相互作用，当至少一个色心(FZ)的至少一个特征波长和/或至少一个谐振波长的电磁辐射穿过固化的载体材料(TM)(例如，所述胶状膜形式)的1mm距离时，载体材料(TM)使该电磁辐射衰减不超过50％和/或更好不超过25％和/或更好不超过10％和/或更好不超过5％。载体材料(TM)优选是明胶。例如，作为具有NV中心(NV)的纳米金刚石的纳米颗粒(NP)或所展示的其他纳米颗粒(NP)中的一种纳米颗粒的使用符合这一点。

纳米颗粒(NP)的取向

这里展示了一种量子技术或微电子或微光学或光子系统，其包括具有胶状膜(FM)的一部分的平面基板(Sub)，该胶状膜包括至少一个具有色心(FZ)的纳米颗粒(NP)。纳米颗粒(NP)设置有对准辅助部(Fe)形式的子器件，该子器件允许纳米颗粒(NP)的对准和/或定位和/或纳米颗粒(NP)的至少一个轴线的对准。

平面基板(Sub)优选设置有捕捉装置(Fa)形式的子器件，该子器件允许纳米颗粒(NP)的对准和/或定位和/或纳米颗粒(NP)的至少一个轴线(AS)的对准。

纳米颗粒(NP)优选是纳米晶体。轴线(AS)优选是纳米晶体的晶轴。对准辅助部(Fe)优选是纳米颗粒(NP)的铁磁子结构。捕捉装置(Fa)优选是平面基板(Sub)的铁磁子结构。对准辅助部(Fe)优选适合于并设置成通过场在纳米颗粒(NP)上施加平移力。捕捉装置(Fa)优选适合于和/或设置成通过对准辅助部(Fe)和场在纳米颗粒(NP)上施加平移力。纳米颗粒(NP)优选具有两个对准辅助部(Fe)和/或一个对准辅助部(Fe)。两个对准辅助部(Fe)和/或一个对准辅助部(Fe)优选适合于和/或设置成至少临时在纳米颗粒(NP)上施加扭矩。捕捉装置(Fa)优选适合于和/或设置成通过对准辅助部(Fe)和场在纳米颗粒(NP)上施加扭矩。这优选使得捕捉装置(Fa)和/或对准辅助部(Fe)产生磁场和/或静电场和/或其他电磁场。

捕捉装置(Fa)和对准辅助部(Fe)优选彼此相互作用。捕捉装置(Fa)优选适合于和/或旨在通过捕捉装置(Fa)和对准辅助部(Fe)之间的相互作用来影响纳米颗粒(NP)的放置和/或对准。

图10示出了具有色心(FZ)的示例性纳米颗粒(NP)。纳米颗粒(NP)是长方体的。其三个边长优选地彼此不同。

纳米颗粒(NP)的长方体在相对的两端设置有两个上述的对准辅助部(Fe)。这些对准辅助部优选是适当地预磁化的永久磁性子结构，例如铁磁性的铁或铌层。纳米颗粒(NP)优选是纳米晶体，例如纳米金刚石晶体。长方体轴线(AS)优选与纳米晶体的晶格轴线一致。优选通过单离子注入在该长方体轴线(AS)中产生色心(FZ)。在纳米金刚石晶体的情况下，色心优选是NV中心。在这里特别指出已经提到的其他纳米颗粒(NP)，特别是纳米LED。如果如在铁铌的情况下，对准辅助部(Fe)是导电的，则例如在通过例如镀金涂布有防腐涂层之后，它们可以用于电气功能型纳米颗粒(NP)的电气接触。

虽然在图8中，在涂布过程期间，纳米颗粒在第二捕捉结构(FS2)内处于或多或少的任意取向，但是在图11中，其处于可能性增加的预定取向。为了这个目的，与图8相比，图11的基板具有两个捕捉装置(Fa)，这两个捕捉装置与纳米颗粒的对准辅助部(Fe)配合，通过平移力和/或扭矩以预定方式确保纳米颗粒(NP)的合适对准。

在许多量子技术设备中，以预定方式定向纳米颗粒(NP)是很重要的。下面描述这方面的示例性过程。再次参照图4。首先，提供用于沉积纳米颗粒(NP)的平面基板(Sub)(图4的步骤a)。在载体材料(这里为示例性沉积基板(W))上最初将纳米颗粒(NP)如图4所示的生长为具有预定晶体取向的纳米晶体是有益的。在图4的示例中，其可以是例如在作为沉积基板(W)的硅晶圆上的金刚石层(D)，该金刚石层在下面的处理步骤(图4的步骤b)中通过例如等离子体沉积沉积在作为沉积基板(W)的硅晶圆上。根据文献已知用于在硅晶圆上生产定向的金刚石层的各种方法。

例如，通过与热处理组合并且在必要时与诸如硫等其他原子的注入组合的单离子注入，现在可以在随后的进一步处理步骤(图4的步骤d)中在功能层(D)中产生色心(FZ)。

在进一步的步骤(图4的步骤d)中，优选对功能层(D)进行结构化。这可以例如通过等离子体蚀刻和/或湿化学蚀刻和/或气相蚀刻等来完成。结构化也可以可选择地在沉积期间和/或在沉积之后并且在产生色心(FZ)之前进行。例如，以具有预定晶体取向的针的形式直接沉积层(D)的材料是有益的。

在最后步骤(图4的步骤e)中，优选通过在纳米颗粒(ND)的区域中底切晶圆(W)的材料将产生的纳米颗粒(NP)与晶圆(W)分离。

现在，在将它们分离(图9的步骤f)之前，纳米颗粒优选设置有例如铁磁子结构形式的对准辅助部。这可以例如通过在层(D)上沉积铁层作为对准辅助部(Fe)来完成(图9的步骤d)。通常，取决于层(D)的材料，粘合层的沉积也是必要的。这种部分结构也可以通过例如铁的聚焦离子注入来产生。在对铁层进行结构化之后，金层等优选与铁层和金层之间的粘合层一起沉积在铁层上并且结构化。

对准辅助部(Fe)可以优选与平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)进行机械和/或磁性和/或静电和/或电磁相互作用，这稍后将进行解释。

纳米颗粒(NP)通常也通过结构化处理被定位在晶圆(W)上(图9的步骤e)。

此外，纳米颗粒(NP)通常再次与晶圆(W)分离(图9的步骤f)。

可以改变图4和图9中的步骤顺序，并且在必要时，可以根据应用补充其他步骤。

以这种方式制备的纳米颗粒(NP)因此可以在平面基板(Sub)上使用，该平面基板优选具有与纳米颗粒(NP)的所述对准辅助部(Fe)相互作用的捕捉装置(Fa)。

纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)在胶状漆内彼此相互作用可能会成为一个问题。纳米颗粒(NP)和对准辅助部(Fe)被设计成使得纳米颗粒(NP)的厚度太大，以致于两个纳米颗粒的对准辅助部(Fe)之间的力太小而无法团聚或者两个纳米颗粒(NP)中的每个纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)在直接接触时相互排斥。

然后，这产生了一种用于制造量子技术或微电子或微光学或光子系统的方法，该方法具有以下步骤：

·提供平面基板(Sub)；

·特别地，也通过涂漆和/或印刷和/或喷涂和/或局部润湿和/或涂布，使用胶状漆(KL)涂覆胶状膜(FM)并在必要时对胶状膜(FM)进行结构化，该胶状漆具有至少一个具有色心(FZ)的纳米颗粒(NP)；

·通过纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)形式的子器件进行纳米颗粒(NP)的对准和/或定位，该子器件使纳米颗粒(NP)和/或纳米颗粒(NP)的至少一个轴线(AS)和/或纳米颗粒(NP)在基板上相对于平面基板(Sub)的其他功能元件的定位对准，其他功能元件例如是诸如光学光波导结构(LWL1、LWL2)等光学功能元件。

作为进一步的处理步骤，产生借助于磁场和/或电场和/或其他电磁场通过与对准辅助部(Fe)的相互作用来对准和/或定位纳米颗粒(NP)的附加步骤。为了这个目的，优选在涂覆胶状漆(KL)之前，优选在平面基板(Sub)上生产一个或优选多个捕捉装置(Fa)，该捕捉装置可以与纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)相互作用。胶状漆(KL)中的纳米颗粒(NP)优选是纳米晶体。如果这种纳米晶体的轴线(AS)通过这种对准结构(Fe)变得对准，则对准的轴线(AS)优选是纳米晶体的晶轴。这一点是特别重要的，因为纳米晶体中的色心(FZ)的光学性质和其他性质通常与晶体取向有关。对准辅助部(Fe)特别优选被制造为纳米颗粒(NP)的铁磁子结构，因为在纳米颗粒(NP)与辅助载体分离之前，这种铁磁子结构易于以平面技术制造。

当涂覆胶状漆(KL)时，其会与先前制备的纳米颗粒(NP)一起在基板(Sub)上流动，该纳米颗粒(NP)包括色心(FZ)和对准辅助部(Fe)。优选在平面基板(Sub)上或平面基板(Sub)中制造的捕捉装置(Fa)则优选在由胶状漆(KL)的载体材料(TM)携带的纳米颗粒(NP)上施加力和/或扭矩。

在以这种方式修改的方法中，平移力和/或扭矩因此通过各个纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)和场而施加在纳米颗粒(NP)上，而场优选由平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)产生。当然，可以想到，在旋涂机(SC)的转盘中而不是在平面基板的这种捕捉装置(Fa)中产生场。就本公开而言，也应将这种场产生装置视为平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)。

因此，所提出的方法优选还包括通过平面基板(Sub)的子器件产生与纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)相互作用的场的步骤，在下面将该子器件称为捕捉装置(Fa)。

为了想象示例性放置处理，让我们假设纳米颗粒(NP)具有或多或少的矩形针形状(图10)，而针形状由作为各个纳米颗粒(NP)的一部分的纳米晶体预先确定。纳米颗粒(NP)在其末端具有两个铁磁区域作为对准辅助部(Fe)。在图10中，在顶视图和侧视图中示意性地示出了作为示例的这种纳米颗粒(NP)。

图11对应于图8，图11现在旨在阐明纳米颗粒(NP)和平面基板(Sub)之间的相互作用。再次将示例性CMOS晶圆用作示例性平面基板(Sub)，但是其现在配备有例如铁磁捕捉装置(Fa)。下面的解释也可以扩展到MOS晶圆、BICMOS晶圆和采用双极技术的晶圆等。在这些技术中，电路优选具有至少一个晶体管，该至少一个晶体管通常经由部分光路与纳米颗粒(NP)的色心间接相互作用。例如，这种相互作用可以通过晶体管影响用于色心的泵浦光源的激发。

由于纳米颗粒(NP)力求达到最低能级，因此以其示例性的铁磁对准辅助部(Fe)的磁极与平面基板(Sub)的优选铁磁捕捉装置(Fa)的磁极反向平行的方式布置其自身。这种反向平行由图11中的相应箭头来指示。

如果平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)和纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)之间的相互作用具有磁性，则如果纳米颗粒(NP)沿着它们的轴线(图10中的附图标记AS)被磁化并且捕捉装置(Fa)平行于平面基板(Sub)的表面，则这是有用的。

然后，例如，可以通过纳米颗粒(NP)的对准辅助部(Fe)和平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)之间的相互作用将纳米颗粒(NP)放置在平面基板(Sub)上。

然后，这通常也与如下情况相关联：借助于纳米颗粒的对准辅助部(Fe)和平面基板(Sub)的捕捉装置(Fa)之间的这种相互作用，通过平面基板(Sub)上的这种相互作用使纳米颗粒(NP)对准。

本发明的优点

这里所公开的技术教导能够生产包括NV色心的微电子MOS、CMOS、BICMOS和双极电路。还可以使用印刷工艺制造包括至少一个顺磁中心，特别是NV色心的厚膜电路。这将实际上不相容的领域联合起来，并且为成本效益好的大规模生产提供了可能性。

这里所展示的制造工艺能够将金刚石纳米晶体与MOS技术、CMOS技术、BICMOS技术和双极技术组合，也能够将金刚石纳米晶体与厚膜技术组合。然而，优点不限于此。在这一点上，应参照Tapan K.Gupta所著的书籍“Handbook of Thick-and Thin-Film HybridMicroelectronics(厚膜和薄膜混合微电子学手册)”,Wiley,May 13,2003。本文中所公开的技术与其中描述的方法和设备的组合是本公开的明确部分。

附图标记列表

1 通过旋涂机(SC)将纳米颗粒(ND)涂覆到基板(Sub)上的涂布工艺开始；

2 提供平面基板(Sub)；

3 提供载体材料(TM)中的纳米颗粒(ND)的胶状溶液(KM)形式的漆；

4 光刻；

5 等离子体处理；

6 去除漆；

7 使用纳米颗粒(ND)的胶状溶液(KM)对平面基板(Sub)进行涂漆(7)(也可能是涂布、局部润湿或印刷)，以便在平面基板(Sub)的表面(OF)上获得胶状膜(FM)；

8 使胶状膜(FM)部分硬化(英文：pre-bake，前烘)；

9 使胶状膜(FM)结构化；

10 使胶状膜(FM)固化(英文：post-bake，后烘)；

AS 长方体轴线；

AOX 示例性CMOS电路的覆盖氧化物；

D 功能层。在图4的示例中，其是作为沉积基板(W)的示例性硅晶圆上的示例性金刚石层；

DP 分配器；

Dr 示例性CMOS晶体管的漏极区域；

DrK 示例性CMOS晶体管的漏极触点；

Fa 捕捉装置(诱捕装置)；

Fe 对准辅助部；

FM 在基板(Sub)上的胶状漆(KM)的胶状膜；

FOX 示例性CMOS电路的场氧化物；

FR 在涂漆期间的胶状漆(KL)的漆流方向；

FS 捕捉结构。捕捉结构用于在涂布期间阻止纳米颗粒(NP)在待涂布的基板(Sub)的表面(OF)上移动。其优选与导向结构(LS)和纳米颗粒(NP)的形状和可能的平面基板(Sub)的表面的其他功能元件和可能的纳米颗粒(NP)的其他功能元件组合使用，以用于使纳米颗粒(NP)相对于胶状漆的移动方向(流动方向(FR))和相对于待涂布的平面基板(Sub)的表面(OF)的表面法线对准；

FS1 示例性捕捉结构(FS)的示例性第一子捕捉结构。作为示例，第一子捕捉结构在这里用作减少纳米颗粒(NP)一旦被捕捉而逃脱的机会的示例；

FS2 示例性捕捉结构(FS)的示例性第二子捕捉结构。示例性第二子捕捉结构用于捕获的纳米颗粒(NP)的最终定位和对准。第二子捕捉结构优选与第一子捕捉结构(FS1)一起制造，使得与第一子捕捉结构协作，可以确保精确的一个纳米颗粒(NP)的捕获。例如，可以像这样选择尺寸，使得在捕获具有先前已知的几何形状的纳米颗粒(NP)之后，不再捕获其他纳米颗粒(NP)；

FZ 色心。其可以是例如金刚石纳米晶体(ND)中的NV中心(NV)和/或金刚石纳米晶体中的SiV中心(SiV)和/或金刚石纳米晶体中的H3中心；

GA 栅极连接＝示例性CMOS晶体管的控制电极；

GOX 示例性CMOS晶体管的栅极氧化物；

KL 胶状混合物，这里也被称为胶状漆；

LG MESA结构(MS)的发光区域；

LM 溶剂；

LS 导向结构。导向结构朝向目标引导纳米颗粒(NP)在待涂漆的平面基板(Sub)的表面(OF)上的移动；

LWL1 第一光学光波导结构；

LWL2 第二光学光波导结构；

M2L 示例性CMOS晶体管的示例性第二金属层；

MS Mesa结构。在这里所展示的示例中，MESA结构是具有极薄的基极的NPN晶体管或PNP晶体管，该基极高度掺杂并且优选在击穿状态下操作，以便热电子发光；

ND 作为功能纳米颗粒(NP)的示例的纳米金刚石；

nG CMOS电路的光敏构件的N阱；

NP 纳米颗粒。例如，其可以是非晶纳米颗粒，也可以是纳米晶体。特别地，其可以是纳米金刚石和/或纳米硅晶体和/或纳米玻璃颗粒和/或其他纳米晶体和/或一般纳米颗粒。

NV 纳米金刚石(ND)中的NV色心，其是作为示例性纳米颗粒(NP)的纳米晶体中的色心(FZ)的示例；

NW 示例性CMOS晶体管的N阱；

OF 平面基板(Sub)的表面；

oMS1 第二金属屏障的第一部分；

oMS2 第二金属屏障的第二部分；

pG 示例性PN二极管的阴极，其被用作示例性光敏构件；

RA 旋涂机(SC)的旋转轴线；

SA 对称轴线；

SC 带有转盘的旋涂机；

Sr 示例性CMOS晶体管的源极区域；

SrK 示例性CMOS晶体管的源极触点；

Sub 平面基板，优选是晶圆；

TM 载体材料，诸如明胶等；

uMS1 第一金属屏障的第一部分；

uMS2 第二金属屏障的第二部分；

VR 将纳米颗粒(NP)或纳米金刚石(ND)与载体材料(TM)进行搅拌或其他合适的混合；

W 用于生产功能型纳米颗粒(NP)的示例性沉积基板。在图4中，例如是硅晶圆。