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Titelaufnahme

Titel
Electrical transport properties of anisotropic YBCO thin film microstructures / submitted by Christian Kreuzwieser
AutorInnenKreuzwieser, Christian
Beurteiler / BeurteilerinPedarnig, Johannes
ErschienenLinz, 2018
Umfang82 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Bariumverbindungen / Dünnschichttechnik / Transporteigenschaft
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-22906 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Electrical transport properties of anisotropic YBCO thin film microstructures [58.87 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Supraleiter gehören zu den faszinierendsten Materialien. Die Verdrängung des magnetischen Flusses (Meissner Ochsfeld - Effekt) und des Verschwindenden des elektrischen Widerstands bei Temperaturen unter der kritischen Temperatur Tc sind neue Phänomene, die nur im supraleitenden Zustand beobachtet werden. Die supraleitenden Metalle können genutzt werden um die Leistung gängiger elektrischer und elektronischer Geräte zu erhöhen und neuartige Geräte zu entwickeln, zum Beispiel SQUIDs. Seit 1970 wird an der Entwicklung der supraleitenden Elektronik gearbeitet. Beispiele sind supraleitende Elektronik (insbesondere im Bereich der Josephson-Kontakte), supraleitende integrierte Schaltungen, hoch-Tc supraleitende Feldeffekttransistoren oder supraleitende Quantencomputing Bauteile. In diesem Zusammenhang wurden supraleitende Dünnfilme untersucht. Anisotrope Mikrostrukturen sind von großem Interesse. Elektronische Transporteigenschaften wurden für anisotrope Hochtemperatursupraleiter Y Ba2Cu3O7x (YBCO) mit einer verjüngten Dünnfilmmikrostruktur ("YBCO-Diode") ermittelt. In dieser Arbeit werden anisotrope Mikrostrukturen in YBCO - Dünnfilmen auf mögliche diodenartige elektrische Eigenschaften untersucht. Die YBCO-Dünnfilme werden auf MgO-Substraten mit Gepulster Laserabscheidung (PLD) aufgetragen. Um die Qualität des epitaktischen Films sicherzustellen werden Röntgenbeugungsmessungen durchgeführt. Die c-Achse des epitaktischen Films ist senkrecht auf die MgO-Substratoberfläche ausgerichtet. Im Allgemeinen werden vollständig mit Sauerstoff angereicherte (x 0, 05) und Sauerstoff verarmte (x 0, 35) Proben untersucht. Die dünnen Filme werden mit sägezahnähnlichen Mikrostrukturen mittels Laserablation in Stickstoffatmosphäre strukturiert. Zum Laserschreiben wird ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 213 nm verwendet. Die elektrischen Transporteigenschaften des strukturierten Films werden mittels Vierpunktmessung bestimmt. Durch Anlegen eines konstanten Gleichstroms in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung relativ zur Sägezahnstruktur werden die entsprechenden Spannungswerte gemessen. Die Vierpunktmessungen werden mit hochempfindlichen Messgeräten durchgeführt. Um automatisierte Messungen durchführen zu können wird eine Messvorrichtung verwendet. Die Automatisierungssoftware musste angepasst werden, um die unvermeidbaren Thermospannungen zu messen und eine bessere Genauigkeit der Strom-Spannungs- Kennlinie zu erreichen. Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen musste eine Modifikation in der Messelektronik vorgenommen werden. Die Herstellung von Sägezahnstrukturen mittels Laserablation konnte gezeigt werden. Die Parameter für die Laser-Strukturierung von YBCO-Filmen wurden experimentell optimiert. Die Eigenschaften der hergestellten Dünnschichtstegen sind mit typischen YBCO Filmeigenschaften vergleichbar. Elektrische Messungen werden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, sowohl im supraleitenden als auch im normal leitenden Zustand. Ein möglicher Diodeneffekt der Sägezahnmikrostrukturen in Abweichung von der linearen Strom-Spannungs-Charakteristik sowie eine Anisotropie bei Umkehr der Stromflussrichtung, konnte nicht festgestellt werden. Zusammenfassend wurden keine "diodenartigen" Charakteristiken in der Strom-Spannungs- Kennline für anisotrop strukturierte YBCO-Dünnfilme beobachtet.

Zusammenfassung (Englisch)

Superconductive materials are one of the most fascinating materials. The expulsion of magnetic flux (Meissner Ochsfeld effect) and the vanishing electrical resistivity at temperatures below the critical temperature Tc are new phenomena only observed in the superconducting state. The properties of superconductive metals can be exploited to increase the performance of common electrical and electronic devices and to develop novel devices, for example SQUIDS. Since 1970 the development of superconductive electronics is going on. Examples on the superconducting electronics (especially in the field of Josephson junctions), superconducting integrated circuits, high-Tc superconducting field-effect transistors and superconducting quantum computing devices. In this context the investigation of superconducting thin films patterned into anisotropic microstructures is of interest. Anisotropic electronical transport properties have been reported for high-Tc superconducting Y Ba2Cu3O7x (YBCO) thin film with a neck-like microstructure ("YBCO diode"). In this thesis are investigated anisotropic YBCO thin film microstructures, to research for possible diode-like electrical properties. YBCO thin films are grown on MgO substrates by pulsed-laser deposition (PLD). X-Ray diffraction measurements are established to ensure epitaxial film quality. The c-axis of the epitaxial film is oriented perpendicular to MgO substrate surface. In general fully oxygenated (x 0, 05) and oxygen depleted x 0, 35 samples are investigated. Thin films with saw tooth like microstructures are manufactured by laser ablation patterning in nitrogen atmosphere. A Nd:YAG laser is used with a wavelength of 213 nm for laser scribing. Electrical transport properties of structured films are determined by four-point probe measurements. By applying a constant DC current in forward and reverse current direction relative to saw tooth structure the corresponding voltage values are measured. Four-point probe measurements are utilized by high sensitive measuring devices. A supporting measuring device is used to do automatized measurements. The automation software is adapted to measure unavoidable thermoelectric voltages and to reach higher accuracy in current-voltage characteristics. In addition, for higher accuracy a modification in electronics of measuring device is done. The manufacturing of saw tooth structures using laser ablation is feasible. The experimental parameters for laser-patterning of YBCO film are optimized. The electrical properties of manufactured thin film bars are comparable to typical YBCO film properties. Electrical measurements are performed at different temperatures, at super conducting state as well as at normal conducting state. Concerning a possible diode effect of saw tooth microstructures no deviation of linear current-voltage characteristic in anisotropy regarding reversal of current flow direction is observed. In addition a change in oxygen content of YBCO microstructure exhibits no anisotropy. In summary, a "diode-like" characteristic in current-voltage curves has not been observed for an anisotropically patterned YBCO thin film.

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