Eigenschaften des elektrischen Kontaktes zwischen YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ und Normalmetallen

Seit der Entdeckung der neuen keramischen Hochtemperatursupraleiter im Jahre 1986 [1] werden umfangreiche Versuche unternommen, um aus ihnen supraleitendeBauelemente herzustellen, für die bisher konventionelle Supraleiter notwendig waren. Durch die höhere Sprungtemperatur der Hochtemperatursupraleiter werdenneue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen, da es nun möglich ist, Supraleitung bereits bei 77 Kelvin, der Verflüssigungstemperatur des Stickstoffes, zu erreichen.Damit kann die kostspielige, aber bisher notwendige Kühlung mit Helium, durch den wesentlich preiswerteren Stickstoff ersetzt werden. Nachdem kurz nach der Entdeckung der keramischen Supraleiter vorwiegend Bauelemente aus massivem Hochtemperatursupraleiter-Material entwickelt wurden, gewinnen nun zunehmend dünne Hochtemperatursupraleiter-Schichten und daraus in Planartechnik hergestellte Bauelemente an Bedeutung. Bei Herstellung und Charakterisierung dieser Bauelemente, ihrer Zusammenschaltung in integrierten Schaltkreisen und ihrer Kombination mit Halbleiterbauelementen zu Hybridstrukturen ist es notwendig, einen "guten" Kontakt zwischen dem Supraleiter und normalen Metallen herstellen zu können. Folgende Eigenschaften kennzeichnen einen "guten" Kontakt: $\bullet$ Der Übergangswiderstand vom Metall zum Hochtemperatursupraleiter soll so niedrig wie möglich sein, um: 1. den Spannungsabfall am Kontakt, der die Gesamteigenschaften einer Schaltung verschlechtern kann (z. B. durch Rauschen), so niedrig wie möglich zu halten und 2. die lokale Aufheizung des Supraleiters am Kontakt zu minimieren, die sonst bis zu einem Temperaturanstieg über die kritische Temperatur und damit zum Verlust der Supraleitung führen kann. Als Mindestforderung für den spezifischen Kontaktwiderstand pc muß hier ein Wert im Bereich von 10$^{-6}$ - 10$^{-5}\Omega$cm$^{2}$ gelten. Dieser Wert ist in der Halbleitertechnologie üblich [2], [3]. $\bullet$ Die Temperaturabhängigkeit des Kontaktwiderstandes soll nicht die eines Halbleiters sein (das würde einen mit sinkender Temperatur exponentiell ansteigenden Widerstand bedeuten). Ein metallisches Verhalten (lineares Absinken des Kontaktwiderstandes mit sinkender Temperatur) bzw. ein von der Temperatur unabhängiger Kontaktwiderstand ist erstrebenswert. $\bullet$ Der Kontakt soll ein ohmsches Verhalten zeigen, also über eine lineare Strom-Spannungskennlinie verfügen, um die Eigenschaften der Bauelemente nicht zu verfälschen. $\bullet$ Der Kontakt soll reproduzierbar und in der Kontaktfläche homogen herstellbar sein. $\bullet$ Er soll mechanisch stabil sein, das Metall muß also gut auf dem Supraleiter haften, damit Anschlußmethoden aus der Halbleitertechnologie wie z. B. Ultraschall-Bonden angewendet werden können. $\bullet$ Der Kontakt soll möglichst wenig altern. Neben der Verwendung zur Kontaktierung ist der Metall-Supraleiter-Übergang von Interesse für die Herstellung von Josephson-Kontakten. Eine Möglichkeit, Josephson-Kontakte herzustellen, ist, einen Übergang Supraleiter-Metall-Supraleiter herzustellen. Um einen solchen SNS-Josephson-Kontakt (das S steht für Supraleiter , das N für Normalleiter) erfolgreich zu realisieren, ist eine notwendige Voraussetzung, einen Metall-Supraleiter-Übergang mit extrem niedrigem spezifischem Kontaktwiderstand im Bereich von rund 10$^{-11}\Omega$cm$^{2}$ herstellen zu können. Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Herstellung planarer Metallkontakte auf dünnen Schichten aus YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ und die Untersuchung des Metall-Supraleiter-Übergangs. Als Supraleiter wurde YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ gewählt, da es sich um den bisher am besten untersuchten Hochtemperatursupraleiter handelt und die dafür benötigte Technologie am Institut vorhanden ist