UHV-Cluster-Anlage zur Herstellung von Dünnfilmstrukturen und Transport- und Rauscheigenschaften von YBa2Cu3O7-d-Korngrenzen-SQUIDs

Abstract

Für die Herstellung oxidischer und metallischer Dünnfilmstrukturen wurde ein UHV-Dünnschichtdepositionssystem konzipiert, aufgebaut und im Betrieb optimiert. Für oxidische Materialien wurde die Technik der epitaktischen Schichtabscheidung mittels gepulster Laserablation (Pulsed Laser Deposition, PLD) implementiert. Während der PLD-Prozesse kann das Wachstum der Filme mittels Hochdruck-RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction) analysiert werden. Ferner besteht die Möglichkeit des erzwungenen Lagenwachstums durch Pulsed Laser Intervall Deposition (PLiD) sowie der automatisierten Fabrikation von heteroepitaktischen Multilagen. Für Metalle wurde sowohl die Technik des Magnetronsputterns als auch des Verdampfens mittels Elektronenstrahl implementiert. Darüber hinaus steht zum Ionenstrahl-Ätzen und zum Reinigen von Oberflächen eine Hochfrequenz-Plasmaquelle zur Verfügung. Die drei Depositionstechniken sind in separaten Kammern untergebracht, die durch eine zentrale Handlerkammer verbunden sind, so dass alle

Ferner wurden supraleitende Quanteninterferometer (SQUIDs) auf der Basis von epitaktisch gewachsenen bikristallinen Filmen des Hochtemperatursupraleiters YBa2Cu3O7 mit Hilfe eines kombinierten Verfahrens aus nasschemischem und Ionenstrahl-Ätzen strukturiert. Durch den kombinierten Strukturierungsprozess können unerwünschte Randsignale bei der Abbildung von Flussquanten mittels Tieftemperaturrasterelektronenmikroskopie vermieden werden. Die hergestellten SQUIDs wurden bezüglich ihrer elektrischen Transport- und Rauscheigenschaften charakterisiert.

A UHV-thin-film-deposition system for the fabrication of thin film structures of metals and oxides was designed and optimized. For oxide materials, Pulsed Laser Deposition (PLD) was implemented. Epitaxial thin film growth can be analyzed during the PLD process by high-pressure RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction). Furthermore layer-by-layer growth can be triggered by Pulsed Laser Intervall Deposition (PLiD). Heteroepitaxial multilayers can be fabricated automatically. Metal thin films can be grown by planar magnetron sputtering and by electron beam evaporation. Furthermore the system contains an rf-plasma source for surface cleaning and Ion Beam Etching (IBE). The three different deposition techniques are located in separate vacuum chambers which are connected by a central handling chamber allowing to combine all these processes in-situ. Furthermore superconducting quantum interference devices (SQUIDs) were fabricated out of epitaxially grown high-temperature superconducting YBa2Cu3O7-films on bicrystals. The SQUIDs were structured using a combined process of ion milling and chemical wet etching. By this combined etching process, edge signals that appear during imaging of flux quanta by low temperature scanning microscopy can be avoided. The transport- and noise properties of the SQUIDs were investigated.