Grenzschichteffekte an Hochtemperatursupraleiterschichtsystemen

In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ - und PrBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ -Schichten auf (100) SrTiO$_{3}$ und anderen Substraten beschrieben. Hierzu wurde ein unkonventionelles Sputterverfahren verwendete Im Gegensatz zu anderen Methoden wird bei diesem Herstellungsprozeß in einem sehr hohem Druck von 1 - 6 mbar reinem Sauerstoff gesputtert. In dieser Arbeit wurden Grenzflächeneffekte zwischen YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ und verschiedenen Substratarten sowie zu unterschiedlichen Deckschichten untersucht. Zu diesem Zweck wurden dünne Filme mit einer Schichtdicke d $\le$ 50 nm hergestellt. Diese Filme wurden mit Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie, Rutherfordrückstreuung und Channeling auf ihre Zusammensetzung und ihre Kristallstruktur untersucht. Die supraleitenden Eigenschaften wurden durch Widerstandsmessungen und durch Messungen der kritischen Stromdichte überprüft. Es konnten Filme hergestellt werden, die in der richtigen Stöchiometrie abgeschieden werden, eine supraleitende Übergangstemperatur von 90 K - 92 K besitzen und bei Stickstofftemperatur mehr als 1*10$^{6}$ A/cm$^{2}$ Stromdichte tragen. Die Filme wachsen epitaktisch auf (100) SrTiO$_{3}$ auf und zeigen im Channelingspektrum ein $\chi_{min}$ von 5% bei senkrechtem Einfall des Heliumstrahles bezüglich der Substratoberfläche. Weiterhin zeigte sich, daß die bergangstemperatur und der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur bis zu einer Schichtdicke von 10 nm unabhängig von derSchichtdicke ist. Ebenso verhält es sich mit der kritischen Stromdichte. Ein 7 nm dicker Film zeigt noch komplette Supraleitung bei 65 K. Während der Untersuchungen stellte sich heraus, daß die Oberflächenqualität der Substrate von entscheidender Bedeutung für die Schichtqualität ist. Sehr dünne Filme (d $\approx$ 5 nm) können nur auf sehr guten Substraten reproduzierbar und mit guten supraleitenden Eigenschaften hergestellt werden. Der Einfluß von Deckschichten wurde an 30 nm dicken YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ Schichten untersucht. Hierbei wurde amorphes YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$, CaF$_{2}$, PrBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$, Silber und Gold untersucht. Die ersten drei Materialien liefern vergleichbare Ergebnisse und erniedrigen die kritische Stromdichte des YBa$_{2}$CU$_{3}$O$_{7}$ Filmes nicht. Dabei stellte sich heraus, daß PrBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ auf YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ epitaktisch aufwächst und im Rahmen der Messgenauigkeit keinerlei Diffusion zwischen den beiden Schichten auftritt. Silber erniedrigt die kritische Stromdichte erheblich und fuhrt sogar dazu, daß bei großer Silberschichtdicke ein 50 $\mu$m breiter 30 nm dicker Steg überhaupt nicht mehr supraleitend wird. Mit der Kenntnis über PrBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ auf YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ wurde versucht, einen Josephsonkontakt herzustellen. Erste Strukturierungsversuche zeigen erfolgversprechende Ergebnisse. Dafür wurde ein Schichtpaket YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ /YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ /YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ auf SrTiO$_{3}$ hergestellt. Die drei Schichten wachsen epitaktisch auf und zeigen keine Diffusion an den Grenzflächen. Die supraleitenden Eigenschaften der beiden YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ Filme sind nicht verschlechtert