Large-Area Deposition of High-Temperature Superconducting Thin Films Using Laser Ablation
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2001
Major/Subject
Ydin- ja energiatekniikka
Mcode
Tfy-56
Degree programme
Language
en
Pages
74
Series
Abstract
Tämä diplomityö on osa korkean lämpötilan suprajohtaviin (HTS) materiaaleihin perustuvien elektroniikan komponenttien tutkimusprojektia. Komponenttisovelluksissa HTS-materiaalien, kuten YBa_(2)Cu_(3)O_(7-delta) :n (YBCO), on oltava ohutkalvojen muodossa. Kalvojen kasvattamista varten on rakennettu laserablaatiolaitteisto, jonka jatkokehitykseen tämä työ liittyy. Laserablaatiossa käytetään suuritehoisia laserpulsseja höyrystämään hiukkasia kohtiomateriaalin pinnasta siten, että aineen stoikiometria säilyy vuorovaikutuksessa. Irronneet hiukkaset kerrostuvat kasvatusalustan eli substraatin pintaan ohueksi kalvoksi, jonka pinta-ala määräytyy hiukkaspurkauksen koon perusteella. Tyypillisesti kalvon pinta-ala on noin 1 cm[2], mutta monissa sovelluksissa suuremmasta kalvokoosta olisi huomattavaa etua. Lisäksi pinta-alan suurentaminen mahdollistaisi usean ohutkalvon kasvattamisen kerralla. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia ja kehittää erilaisia menetelmiä, joiden avulla pystytään suurentamaan kasvatettavan alueen kokoa. Ablaatiolaitteiston perusrakenne mahdollistaa tämän, mutta hiukkaspurkauksen kapeuden vuoksi tehtävä on varsin haastava. Tutkittuihin tekniikoihin kuuluivat kohtion ja substraatin välisen etäisyyden pidentäminen, hiukkaspurkauksen pyyhkäiseminen substraattilevyn yli sekä purkauksen suuntaaminen levyn pyörimiskeskipisteen viereen. Menetelmien soveltuvuutta selvitettiin kasvattamalla YBCO-kalvoja 10x10 mm[2]:n LaA1O_(3)-substraateille, joita oli kiinnitetty eri puolille pyörivää kasvatuslevyä. Kalvoja vertailtiin keskenään mittaamalla niiden kriittinen lämpötila, pinnan tasaisuus sekä radiaalisuuntainen paksuusprofiili. Tehokkaimmaksi tavaksi suurentaa kasvatettujen ohutkalvojen pinta-alaa osoittautui nykyistä suuremman kohtion ja substraatin välisen etäisyyden käyttäminen (100 mm). Tällä tekniikalla kasvatetut kalvot olivat tasaisia - rms karheus 3-4 nm - eikä pinnassa ollut havaittavissa juuri lainkaan epäpuhtauksia tai roiskeita. Kalvojen kriittinen lämpötila oli noin 85-86 K, ja lisäksi röntgendiffraktioanalyysin perusteella näytteiden kidesuunnat olivat halutunlaiset. Tällä hetkellä kasvatettavan alueen halkaisijaa on mahdollista suurentaa 70 mm:iin saakka. Valitettavasti suurikokoisten kalvojen kasvattamiseen liittyy vielä lukuisia haasteita, lähinnä siksi, että suurten substraattien tasainen kuumentaminen on ongelmallista. Kuitenkin nyt on mahdollista kasvattaa lukuisia ohutkalvoja päivässä, mikä on merkittävä lisäys kalvojen tuotantonopeudessa. Tulevaisuudessa suurta kohtion ja substraatin välistä etäisyyttä on tarkoitus käyttää ohutkalvojen kasvattamiseen erilaisista suprajohdemateriaaleista.Description
Supervisor
Salomaa, RainerThesis advisor
Kajava, TimoKeywords
high-temperature superconductivity, korkean lämpötilan suprajohtavuus, HTS, HTS, laser ablation, laserablaatio, PLD, PLD, large-area, suuri pinta-ala