Untersuchungen zum Wachstum a-Achsen orientierter Schichten aus Hochtemperatur-Supraleitern

Die. vorliegende Arbeit untersucht die Eigenschaften von a$_{\bot}$-orientierten YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-}$$_{8}$- und PrBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-}$$_{8}$-Schichten. Dünne Schichten mit dieser Orientierung sind nötig, um Josephson-Kontakte in der flexiblen Säulengeometrie herstellen zu können. Diese Forderung ergibt sich aus der stark anisotropen Struktur der Hochtemperatur-Supraleiter und ihren extrem kleinen Kohärenzlängen. Die Orientierung von dünnen YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-}$$_{8}$-Schichten wird in erster Linie durch die Wachstumstemperatur bestimmt. Geeignete Substrate vorausgesetzt, wachsen die Schichten bei niedriger Temperatur mit a$_{\bot}$ -Orientierung und bei hoher Temperatur mit c$_{\bot}$-Orientierung. Je nach Materialkombination unterscheiden sich die optimalen Wachstumstemperaturen um 50-100 °C. YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-}$$_{8}$-Schichten, die bei niedriger Depositionstemperatur hergestellt wurden, haben ein relativ stark erniedrigtes T$_{c}$, das Werte zwischen ca. 10 K und knapp über 60 K annehmen kann. Solche Schichten haben sehr glatte Oberflächen und eine gute Kristallstruktur; die niedrigen Sprungtemperaturen stellen aber eine gewisse Einschränkung ihrer Tauglichkeit für praktische Anwendungen dar. Durch die Anwendung des von Inam et al. [12] eingeführten Template-Verfahrens gelang es, die T$_{c}$-Werte a$_{\bot}$-orientierter YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-8}$-Schichten auf über 80 K zu steigern. Dabei wird nur die $\textit{Nukleation}$ der Schichten bei niedriger Substrattemperatur ausgeführt und diese nach der Deposition einer dünnen, $\textit{Template}$ genannten, Nukleationsschicht erhöht. Die a$_{\bot}$-Orientierung bleibt dabei erhalten, während sich die elektrischen und supraleitenden Eigenschaften der Schichten verbessern. Durch Raman-Spektroskopie konnte gezeigt werden, daß der Grund der T$_{c}$-Absenkung bei Schichten, die ohne Template deponiert wurden, nicht in einem zu niedrigem Sauerstoffgehalt besteht. Die eigentliche Ursache ist vielmehr in einer $\textit{Unordnung des Sauerstoff-Untergitters}$ zu suchen, die gerade auch, bei ‚hohem Sauerstoffgehalt der Schichten vorliegen kann. Der wahrscheinliche Grund für diese Unordnung ist die hohe Beweglichkeit der Sauerstoffatome der CuO-Ketten, die Raum für die Ausbildung vielfältiger Defektstrukturen läßt. [...