Laser-Ablation System for Depositing High-Temperature Superconducting YBa2Cu3O7-delta Thin Films

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

1999

Department

Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto

Major/Subject

Materiaalifysiikka

Mcode

Tfy-44

Degree programme

Language

en

Pages

71

Series

Abstract

Työn tarkoitus on rakentaa laserablaatiolaitteisto ohutkalvojen kasvatukseen, saattaa se toimintakuntoon ja demonstroida järjestelmän toiminta. Työssä kuvataan laitteiston rakenne, perustellaan tekniset ratkaisut ja ehdotetaan jatkossa tehtäviä parannuksia. Lisäksi työssä esitellään korkeassa lämpötilassa suprajohtavat (HTS) materiaalit ja laserablaation periaate sekä tutkitaan ensimmäisten laitteistolla kasvatettujen ohutkalvojen ominaisuuksia. Laserablaatio tarkoittaa aineen nopeaa höyrystämistä voimakkaan laserpulssin avulla. Tätä tekniikkaa voidaan soveltaa myös ohutkalvojen kasvatukseen jopa useista alkuaineista koostuvista, kiderakenteeltaan monimutkaisista materiaaleista. Viimeisten kymmenen vuoden aikana laserablaation tutkimus, kehittäminen ja hyödyntäminen ovat räjähdysmäisesti lisääntyneet. Kiinnostus lähti nousuun, kun vuonna 1987 laserablaation todettiin soveltuvan korkealuokkaisten HTS-ohutkalvojen kasvatukseen. Tunnetuin ja tutkituin HTS-materiaali on Yba_(2)Cu_(3)O_(7-delta) (YBCO). Se on suhteellisen stabiili ja soveltuu hyvin elektroniikan komponenttien valmistamiseen litografisin menetelmin. YBCO on koostumukseltaan yksinkertaisin HTS-materiaali, jonka kriittinen lämpötila on korkeampi kuin nestemäisen typen kiehumispiste, 77 K. Näistä syistä YBCO valittiin myös tämän projektin materiaaliksi. Laserablaatiolaitteisto on rakennettu osana TEKESin rahoittamaa laajempaa projektia, jonka tavoitteena on suunnitella, toteuttaa ja testata HTS-materiaaleihin perustuvia elektroniikan komponentteja. Lukuunottamatta erillisiä laitteita, kuten laser ja pumput, järjestelmän komponentit on pääosin valmistanut turkulainen DCA Instruments Oy. Laitteisto saatettiin toimintakuntoon, minkä jälkeen etsittiin oikeat kasvatusparametrit ja aloitettiin YBCO-ohutkalvojen kasvatus. Tämän työn aikana kasvatettiin 300 nm - 350 nm paksuisia YBCO-ohutkalvoja 10 mm x 10 mm LaAlO_(3)-substraateille. Kalvojen kriittinen lämpötila on 90 K ja kriittinen virta luokkaa 1 MA/cm[2]. Kiderakenne todettiin c-suuntautuneeksi ja pintarakenne sileäksi, jota rikkovat alle mikrometrin kokoiset muodostumat. Kriittisen lämpötilan ja virran mittauksiin käytettiin nelipiste- ja induktiomenetelmiä. Kidesuunta määritettiin röntgendiffraktiolla ja pinnan topografiaa tutkittiin atomivoimamikroskoopilla. Laitteiston kehitystyö yhteistyössä DCA Instrumentsin kanssa jatkuu. Lisäksi kasvatusprosessia optimoidaan systemaattisesti kalvojen laadun parantamiseksi ja YBCO-ohutkalvoja tuotetaan projektin tarpeisiin. Jatkossa myös pyritään kasvattamaan pinta-alaltaan suurempia kalvoja.

Description

Supervisor

Salomaa, Martti M.

Thesis advisor

Kajava, Timo

Keywords

laser ablation, laserablaatio, YBCO, YBCO, PLD, PLD, high-temperature superconductivity, korkean lämpötilan suprajohtavuus, HTS, HTS

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120446000

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK