Herstellung und Charakterisierung großflächiger planarer Gradiometer 1. Ordnung für rf-SQUID Anwendungen in Flip-chip Anordnung auf der Basis von YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7- \delta}$ /NdGaO$_{3}$ Multilagensystemen

Basierend auf der Hochdruck-Magnetronsputtertechnik wurden geeignete Prozesse zur reproduzierbaren großflächigen Abscheidung von supraleitenden YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7- \delta}$- und isolierenden NdGaO$_{3}$- und CeO$_{2}$-Schichten entwickelt. Dazu war es notwendig wichtige Systemkomponenten (Kathodensystem und Substratheizer) zu modifizieren. Mit der entwickelten Blendenanordnung war es auf Grund der stark verbesserten Stabilität möglich, ein weites Parameterfeld des Sputterprozesses (Druck, Gaszusammensetzung, Strom und Spannung) zu untersuchen. Es konnte sogar der hysteretische Übergang von metallischen zum reaktiven Sputtern fur YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7- \delta}$ demonstriert werden. Mit Hilfe der Zugabe von Stickstoff zum Sputtergas, bestehend aus einem Argon/Sauerstoffgemisch (4: 1), ist es gelungen, gezielt die Kathodenspannung am YBCO-Target unabhängig vom Strom bzw. der Leistung einzustellen, und damit die Filmstöchiometrie Filmoberfläche auf Ausscheidungen hin zu optimieren. Der neu entwickelte resistive Heizer benötigt wesentlich weniger Leistung. Statt der bisher benötigten 2kW fuf den Strahlungsheizer mit Halogenlampen nur noch 500W für eine Substrattemperatur von 750°C. Er besitzt eine wesentlich längere Lebensdauer. Die Gefahr der 'Vergiftung' der Depositionskammer mit Halogeniden besteht für ihn nicht. Für die Mehrlagentechnologie wurde eine neuartige in-situ Sauerstoffbeladungsmethode entwickelt. Mit der herkömmlichen Methode (Abkühlen in 1atm Sauerstoff) war es nicht möglich, die notwendigen supraleitenden Eigenschaften (z.B. hohes T$_{c}$) in mit NdGaO$_{3}$ abgedeckten YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7- \delta}$-Schichten zu erreichen. Die neue Methode beruht auf derBereitstellung aktivierten Sauerstoffs, der mittels eines Sauerstoffplasmas an einer Kathode während des Abkühlens des Films erzeugt wird. Damit wurden auf allen verwendeten Substrate (NdGaO$_{3}$, SrTiO$_{3}$, LaAlO$_{3}$, CeO$_{2}$/Al$_{2}$O$_{3}$) Übergangstemperaturen von T$_{c,off}$(ind)=89-90K in abgedeckten YBa$_{2}$CU$_{3}$O$_{7- \delta}$ erzielt. Die supraleitenden Einzel- und Mehrlagenschichten haben induktiv gemessene Übergangstemperaturenvon T$_{c,off}$(ind)=88-89K bei Optimierung auf ausscheidungsfreie und glatte Oberflächen mit Oberflächenrauhigkeiten $\le$ 5nm (Min-Max) für Einzel- und $\le$ 7nm (Min-Max) für Mehrlagensysteme. Die kritischen Ströme betragen für die untere Schicht üblicherweise J$_{c}$ $\geq$ 2MA/cm$^{2}$ und für die obere J$_{c} \geq$ 1MA/cm$^{2}$. Die sehr gute Kristallinität der YBCO-Filme ist [...