基于金刚石NV色心的带状线芯片微波场成像

为了满足集成微波器件进行高分辨率微波近场测量的需求,本论文提出了一种基于金刚石氮空位（Nitrogen-Vacancy,NV）色心的微波近场成像技术.该技术可用于查找芯片等集成微波器件的干扰源和信号串扰.此微波近场成像方法采用金刚石NV色心颗粒作为场传感器,其中金刚石颗粒固定在锥形光纤的末端.由于塞曼效应,NV色心的光探测磁共振（Optical Detection Magnetic Resonance,ODMR）谱在外部静磁场环境中会分裂成为8个峰,通过测量共振峰频点的Rabi振荡谱,能够得到Rabi频率,接着通过2.8MHz/Gauss换算得出该处的微波场强度,最后通过将所测得所有数据点进行二维图像处理即可得到所测芯片和集成微波器件的表面微波场近场图像.     

基于NV色心的晶体管放大器近场分布成像

微波毫米波芯片非破坏高分辨率近场分布成像对高频射频芯片的功能和失效分析至关重要.本实验基于金刚石NV（Nitrogen-Vacancy）色心这一独特的量子体系,选取直径约为14μm的金刚石样品,将其粘附于20μm直径的光纤锥形尖端,制备成高分辨、非破坏、微型化的探针,通过分析NV色心在微波场变化中的基态自旋演化规律,采用全光学的方法,一次性成像,获得芯片表面整体场分布.本文给出了氮化镓高电子迁移率晶体管的近场分布成像图,拟合出光学探测磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance,ODMR）谱图以及Rabi谱图,并对成像结果进行了分析.这一系统具有高效、高分辨、高灵敏度、对近场干扰小等优势,有望为高集成度微波电路故障诊断、天线辐射剖面、微波集成电路电磁兼容测试等应用提供一种全新的方案.     

基于金刚石的光纤近场探头和芯片表征

随着单片微波集成电路(MMIC)集成度和复杂度的提高,芯片功能模块之间的距离越来越近,特征线宽越来越窄,对于分析芯片内部的信号路径和信号的完整性,能够提供芯片表面的高分辨微波场成像显得尤为重要。为了解决准确检测芯片内部结构完整无损的问题,这项工作采用了一种基于光纤的近场扫描探头的方法,其中包含氮空位(NV)色心的金刚石颗粒固定在光纤的尖端,通过搭建光路并接收金刚石NV色心的荧光信号,从而推理出被测芯片的磁场强度。该实验选取一个微波低噪声放大器芯片内部的区域进行扫描成像,得到了较好的成像结果,并准确分析出芯片的信号线走势。这些结果为高度集成芯片和滤波器等集成器件的功能和失效分析提供了变革性的方法。