DD295666A5 - Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung - Google Patents
Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung Download PDFInfo
- Publication number
- DD295666A5 DD295666A5 DD88312743A DD31274388A DD295666A5 DD 295666 A5 DD295666 A5 DD 295666A5 DD 88312743 A DD88312743 A DD 88312743A DD 31274388 A DD31274388 A DD 31274388A DD 295666 A5 DD295666 A5 DD 295666A5
- Authority
- DD
- German Democratic Republic
- Prior art keywords
- layer
- deposition
- laser
- ion
- superconducting
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 17
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung duenner supraleitender Schichten mit Perovskitstruktur (sogenannte Hochtemperatursupraleiter) auf Festkoerperoberflaechen durch laserinduzierte Ionenabscheidung und ist damit anwendbar u. a. fuer die Herstellung supraleitender Bauelemente fuer die Mikroelektronik. Alle in einem Target vereinigten Bestandteile der supraleitenden Schicht werden durch Laserstrahlung verdampft, elementspezifisch ionisiert, aus der Ionisierungszone extrahiert und auf der Festkoerperoberflaeche abgeschieden, wobei zusammen mit den metallischen Bestandteilen auch Sauerstoff abgeschieden wird und die Ionenstromdichten und Ionenenergien so gewaehlt werden, dasz sich bereits im Ergebnis der Abscheidung eine Schicht mit Perovskitstruktur ausbildet oder die abgeschiedene Schicht leicht durch eine Nachbehandlung mit Laserstrahlung oder in bekannter Weise durch eine thermische Nachbehandlung in Sauerstoffatmosphaere in die Perovskitstruktur umgewandelt werden kann.{Supraleiter; Perovskitstruktur; Schicht; Laser; Ionenabscheidung}
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung dünner supraleitender Schichten mit Perovskitstruktur (sogenannte Hochtemperatursupraleiter) auf Festkörperoberflächen durch laserinduzierte Plasmaabscheidung und ist damit anwendbar unter anderem für die Herstellung supraleitender Bauelemente für die Mikroelektronik (z. B. von Josephson-Bauelementen).
Supraleitende Schichten auf Festkörperoberflächen können u. a. mittels lonensputterverfahren, Verfahren der lonenstrahlverdampfung und laserinduzierte Beschichtungsverfahren erzeugt werden, von denen die letzteren den Vorteil hoher Abscheidungsraten besitzen. Bei den laserinduzierten Beschichtungsverfahren werden supraleitende Proben als Ausgangsmaterial (Target) verwendet. Es ist aber auch möglich, Schichten aus den die Hochtemperatursupraleiter bildenden metallischen Bestandteilen in Form von „Sandwich"-Strukturen abzuscheiden und diese dann durch eine thermische Nachbehandlung in O2-Atmosphäre in die für die Supraleitung notwendige Perovskitstruktur umzuwandeln. Für die Herstellung der genannten Sandwichstrukturen kommen verschiedene Verfahren in Betracht. So gelang es B. Y.Tsaur et al. (Appl. Phys. Lett. 51,12 [1987] 858), Sandwichstrukturen aus Kupfer, Barium und Yttrium mittels Elektronenstrahlverdampfung zu erzeugen und diese durch Nachbehandlung in supraleitende Schichten umzuwandeln. In Weiterentwicklung der von Achsachaljan und Mitarbeitern beschriebenen Technik zur Erzeugung von Zweischichtsystemen (J.techn. Phys. [UdSSR] 54,4(1984] 755) können die für die Herstellung von supraleitenden Schichten erforderliche größere Anzahl von Targets aus den einzelnen Komponenten in der Probenkammer, z. B. auf einer rotationssymmetrischen Scheibe, angeordnet und die einzelnen Elemente nacheinander verdampft und abgeschieden werden. Das kann ohne Beeinflussung des Vakuums geschehen, was sehr wichtig ist, da ein Öffnen der Probenkammer zwecks Targetwechsels nicht nurzeitaufwendig ist, sondern auch durch Adsorption bzw. Chemisorption von Luftbestandteilen zu unerwünschten Veränderungen der abgeschiedenen Schichten führt. Eine solche Technik ist jedoch sehr aufwendig.
Der Nachteil der genannten Verfahren besteht weiterhin darin, daß alle in der Probenkammer vorhandenen Teilchen (Atome, Moleküle, Restgas oder auch positive oder negative Ionen) auf der Festkörperoberfläche mit einem relativ breiten Energiespektrum zwischen 10eV 10OeV abgeschieden werden. Dies kann zu Verunreinigungen der Schichten, zu Veränderungen der Schichtzusammensetzung und zur Verminderung von Leitfähigkeit, Rißfestigkeit und thermischer Stabilität der zu erzeugenden Schichten führen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung sind supraleitende Schichten auf Festkörperoberflächen, die sich durch einen äußerst geringen Verunreinigungsgrad auszeichnen und sich leicht herstellen lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren auf der Grundlage der laserinduzierten Plasmaabscheidung anzugeben, mit dem solche supraleitenden Schichten erzeugt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus der gleichzeitigen Verdampfung aller in einem Target vereinigten metallischen
Bestandteile der zu erzeugenden supraleitenden Schicht durch Laserstrahlung, der elementspezifischen Ionisation der verdampften Teilchen durch photoneninduzierte Resonanzionisation, der Extraktion der jeweils erzeugten Ionen aus der Ionisierungszone und deren Abscheidung auf der Festkörperoberfläche und ist dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den metallischen Bestandteilen der supraleitenden Schicht auch Sauerstoff in den erforderlichen stöchiometrischen Mengen abgeschieden wird und die lonenstromdichten und lonenenergien so gewählt werden, daß sich bereits im Ergebnis der Abscheidung eine Schicht mit Perovskitstruktur ausbildet oder die abgeschiedene Schicht leicht durch eine Nachbehandlung mit Laserstrahlung oder in bekannter Weise durch eine thermische Nachbehandlung in Sauerstoffatmosphäre in die Perovskitstruktur umgewandelt werden kann.
Überraschend wurde gefunden, daß die laserinduzierte lonenabscheidung, wie sie für die Herstellung von Vielfachschichtstrukturen vorgeschlagen wurde (DD-WP 252620), in der für die Erfindung abgewandelten Weise auch zur Herstellung supraleitender Schichten herangezogen werden kann, ohne daß ein Target mit supraleitender Struktur eingesetzt werden muß. Das kompakte Targetmaterial kann durch homogenes Mischen der entsprechenden chemischen Elemente (Seltene Erdenelemente, z. B. Y, La, Eu und Ho, der Erdalkalien, z. B. Ba oder Sr, und Cu) oder deren Oxide oder anderen geeigneten, thermisch stabilen Verbindungen hergestellt werden. Es ist auch möglich, Legierungen aus diesen Elementen zu verwenden. Die gleichzeitige Verdampfung aller Bestandteile des Targetmaterials in der ersten Verfahrensstufe wird durch Einstellung der eingestrahlten Laserleistungsdichte (z. B. auf etwa 5 * 108W/cm2) erreicht. Dabei entstehende positive und negative Ionen bzw. Elektronen werden durch zwei, dem Target vorgelagerte Gitter mit entsprechendem Potential zurückgedrückt. Somit kann nur eine Gaswolke aus Neutralteilchen von der Targetoberfläche in die Vakuumkammer expandieren.
Die Neutralteilchen der Gaswolke werden in der zweiten Stufe des Verfahrens durch die Laserstrahlung eines durchstimmbaren Farbstofflasers über Zwei-Photonen-Prozesse oder mit der Laserstrahlung zweier Farbstofflaser über Drei-Photonen-Prozesse selektiv ionisiert. Die Selektivität läßt sich aus den bekannten elektronischen Anregungsbedingungen zur Resonanzionisation ableiten (z. B. G. S. Hurst et al.. Rev. Mod. Phys. 51 [1979J 767; I. D. Fassen et al.. Anal. Chem. 55 [1983] 765), wobei die selektive Ionisation der Seltenen Erdenelemente und der Erdalkalien durch Zwei-Photonen-Prozesse, die des Kupfers und des Sauerstoffs durch Drei-Photonen-Prozesse erfolgt.
Die selektiv erzeugten Ionen eines Elementes werden mit bekannten lonenextraktionssystemen aus der Ionisierungszone abgesaugt und beschleunigt. Um die Abscheidung neutraler Gasatome und -moleküle auf der Festkörperoberfläche zu verhindern, wird ein elektrisches Ablenkfeld, z. B. ein Torroidkondensator vor der Festkörperoberfläche so angeordnet, daß nur Ionen, die die vorgegebene E/q-Bedingung erfüllen, auf der Oberfläche abgeschieden werden. Durch die Wahl der elektrischen und ionenoptischen Parameter dieses Ablenkfeldes lassen sich auf bekannte Art und Weise die lonenstromdichten und die Energie der Ionen bei der Abscheidung auf die Festkörperoberfläche steuern. Im Falle eines torroidalen elektrischen Feldes wird eine hohe lonentransmission (ca. 100%) des gesamten Systems erzielt. Die Energie der Ionen läßt sich von 1OeV bis zu einigen keV variieren, was eine Optimierung des Abscheidungsprozesses ermöglicht. Durch Änderung der Frequenz der eingesetzten Farbstofflaser können nacheinander die verschiedenen Bestandteile des Targets auf der Festkörperoberfläche abgeschieden werden.
Durch die Wahl der lonenstromdichten und der lonenenergien in Verbindung mit der gleichzeitigen Abscheidung von Sauerstoffionen gelingt es, auf der Festkörperoberfläche direkt supraleitende Perovskitstrukturen oder zumindest solche Schichten zu erzeugen, die sich leicht durch Nachbehandlung mit Laserstrahlung oder in an sich bekannter Weise durch thermische Nachbehandlung in Sauerstoffatmosphäre in diese Struktur überführen lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Erzeugung homogener supraleitender Schichten mit hohem Reinheitsgrad unter Verwendung eines Targets, in dem sämtliche Komponenten der zu erzeugenden supraleitenden Schicht enthalten sind.
Ausführungsbeispiel
Y2O3, ВаСОз und CuO werden gemischt, homogenisiert und zu Tabletten gepreßt. Eine solche Tablette wird als Target in einer Abscheidungskammer eingesetzt. Durch die auf die Oberfläche des Targets fokussierte Photonenstrahlung eines gepulsten Nd-YAG-Lasers wird das Targetmaterial verdampft. Gebildete positive und negative Ionen bzw. Elektronen werden durch zwei Gitter, die gegenüber dem Target auf positivem bzw. negativem Potential liegen, zurückgedrückt. Das in der Vakuumkammer verdampfte Targetmaterial wird mit einem bzw. zwei räumlich und zeitlich koinzidierenden durchstimmbaren Farbstofflasern entsprechend den bekannten Resonanzbedingungen nacheinander ionisiert und in der Reihenfolge Cu, O, Ba und Y und O in definierten atomaren Schichten abgeschieden. Die selektive Abscheidung atomarer Schichten der genannten Elemente nacheinander wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke der zu erzeugenden supraleitenden Schicht erreicht ist. Die Bestimmung der abgeschiedenen Ionen kann über eine Ladungsmessung erfolgen. Während der laserinduzierten Abscheidung wird die Festkörperoberfläche auf einer definierten Temperatur gehalten.
Die für die Resonanzionisation der einzelnen Elemente erforderlichen Frequenzen können der Spezialliteratur entnommen werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Erzeugung dünner supraleitender Schichten auf Festkörperoberflächen, bestehend aus der gleichzeitigen Verdampfung aller in einem Target vereinigten Bestandteile der zu erzeugenden supraleitenden Schicht durch Laserstrahlung, der elementspezifischen Ionisation der verdampften Teilchen durch photoneninduzierte Resonanzionisation, der Extraktion der jeweils erzeugten Ionen aus der Ionisierungszone und deren Abscheidung auf der Festkörperoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den metallischen Bestandteilen der supraleitenden Schicht auch Sauerstoff in den erforderlichen stöchiometrischen Mengen abgeschieden wird und die lonenstromdichten und lonenenergien so gewählt werden, daß sich bereits im Ergebnis der Abscheidung eine Schicht mit Perovskitstruktur ausbildet oder die abgeschiedene Schicht leicht durch eine Nachbehandlung mit Laserstrahlung oder in bekannter Weise durch eine thermische Nachbehandlung in Sauerstoffatmosphäre in die Perovskitstruktur umgewandelt werden kann.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung des Targetmaterials mit einem 6mpulslaser oder einem &'M9aser mit einer 9eistungsdichte von caKE * 108 W/cm2 erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzionisation mit einem oderzwei durchstimmbaren Farbstoff lasern über Multiphotonenprozesse erfolgt.
4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ionisierten Teilchen auf ein eng begrenztes Energiespektrum zwischen 40 und 20OeV gebracht werden.
5. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperoberfläche während des Abscheideprozesses auf einer definierten Temperatur erhalten wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD88312743A DD295666A5 (de) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD88312743A DD295666A5 (de) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD295666A5 true DD295666A5 (de) | 1991-11-07 |
Family
ID=5596919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD88312743A DD295666A5 (de) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD295666A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19802298A1 (de) * | 1998-01-22 | 1999-07-29 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Erzielung funktioneller Metall-, Keramik- oder Keramik/Metall-Schichten auf der Innenwand von Hohlkörpern |
-
1988
- 1988-02-08 DD DD88312743A patent/DD295666A5/de not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19802298A1 (de) * | 1998-01-22 | 1999-07-29 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Erzielung funktioneller Metall-, Keramik- oder Keramik/Metall-Schichten auf der Innenwand von Hohlkörpern |
| DE19802298C2 (de) * | 1998-01-22 | 2000-11-23 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Erzielung funktioneller Metall-, Keramik- oder Keramik/Metall-Schichten auf der Innenwand von Hohlkörpern |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3854238T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Elements. | |
| EP0302354B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines schichtartigen Aufbaus aus einem oxidkeramischen Supraleitermaterial | |
| DE3850285T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von dünnen supraleitenden Schichten. | |
| DE69018579T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Mehrelement-Dünnfilms mittels Ionenstrahlsputtern. | |
| DE3850609T2 (de) | Methode zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung. | |
| DE2636961C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterspeicherelementes | |
| DE3921390A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von reinem sauerstoff | |
| DE3816192A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer schicht aus einem metalloxidischen supraleitermaterial mittels laser-verdampfens | |
| DE3877405T2 (de) | Verfahren zur herstellung einer supraleitenden duennen schicht und anordnung zu seiner durchfuehrung. | |
| DE69411942T2 (de) | Mehrschichtenmaterial und eine dieses material enthaltende anordnung | |
| DE3854828T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht aus zusammengesetztem supraleitendem Oxyd | |
| DE68917779T2 (de) | Josephson-Einrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung. | |
| DE68914921T2 (de) | Prozess zur Herstellung thalliumartiger supraleitender Dünnfilme. | |
| DD295666A5 (de) | Verfahren zur erzeugung duenner supraleitender schichten durch laserinduzierte ionenabscheidung | |
| DE3886429T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Dünnschicht. | |
| EP0958241B1 (de) | VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON STABILEN ENDOHEDRALEN FULLERENEN DER STRUKTUR Z-at-Cx MIT x GRÖSSER GLEICH 60 | |
| EP0361265A1 (de) | Herstellung von dünnen Schichten eines Hochtemperatur-Supraleiters (HTSL) durch ein plasmaaktiviertes PVD-Verfahren | |
| DE3889015T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung. | |
| DE69113010T2 (de) | Artikel mit supraleiter/isolator Lagenstruktur und Verfahren zur Herstellung des Artikels. | |
| DE3835989A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines raumtemperatursupraleiters aus einer oxidverbindung unter verwendung einer bestrahlung mit einer bestimmten strahlung | |
| DE3815460C2 (de) | ||
| DE3822905C2 (de) | ||
| DE3822904C2 (de) | ||
| DE3839903C2 (de) | ||
| DE69219623T2 (de) | Dünnfilmsupraleiter und Herstellungsmethode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A5 | Published as prov. exclusive patent | ||
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |