Herstellung und Charakterisierung metallorganisch deponierter Pufferschichten für YBa2Cu3O7
Preparation and Characterisation of Buffer Layers for YBa2Cu3O7 by Metal-Organic Deposition
by Harald Jarzina
Date of Examination:2003-12-18
Date of issue:2004-01-09
Advisor:Prof. Dr. Herbert C. Freyhardt
Referee:Prof. Dr. Klaus Winzer
Referee:Prof. Dr. Hans Christian Hofsäss
Referee:PD Dr. Susanne Schneider
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2697
Files in this item
Name:jarzina.pdf
Size:4.15Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
The following license files are associated with this item:
Abstract
English
In this work the growth of buffer layers for the high temperature superconductor YBa2Cu3O7 by metal-organic-deposition (MOD) is investigated. Texture formation in CeO2-, Gd-doped CeO2 (CGO)- and yttria-stabilized zirconia (YSZ) -films via epitaxial growth on YSZ-substrates of various roughness and texture is characterized.After spin-coating the precursor (Ce-acetylacetonate in an acetic acid/iso-propanol mixture) onto the substrate and annealing in an Ar/H2-atmosphere or air, respectively, the samples are nanocrystalline.After the formation of an epitaxial nucleation layer at the surface of the substrate, grain coarsening in the polycrystalline cap-layer and epitaxial growth compete. The driving force for both processes results from the high grain boundary energy density in the nanocrystalline precursor microstructure. Thin film growth was investigated by X-ray and RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction) measurements. In the case of CGO-buffers on YSZ-(001) single crystals, a biaxial texture in the bulk is observed after annealing at 790°C, whereas a biaxial surface texture is found only after annealing at 1200-1300°C. After annealing at low temperatures in the range of 790°C a polycrystalline cap-layer prevents epitaxial nucleation of YBa2Cu3O7 on those MOD-CGO buffers.Buffer growth on technical IBAD (Ion-Beam-Assisted-Deposition)-YSZ substrates is predominantly modified by the roughness of the substrate. The high quality of the MOD buffer layers was demonstrated by the high current carrying capability of YBa2Cu3O7 films deposited onto those thin films.
Keywords: Metal organic deposition; epitaxial growth; coated conductors; CeO2; YSZ
Other Languages
Gegenstand dieser Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von metall-organisch deponierten (MOD) Pufferschichten für den Hochtemperatursupraleiter YBa2Cu3O7 . Dazu wurde die Texturbildung in CeO2, Gd-dotiertem CeO2 (CGO) und Yttrium-stabilisiertem Zirkondioxid (YSZ) durch epitaktisches Wachstum auf YSZ-Substraten verschiedener Rauhigkeit und Textur untersucht. Nach Deposition der Precursorlösung (Ce-Acetylacetonat in einem Essigsäure/iso-Propanolgemisch) mittels Spin-coating wurden die Proben in einer Ar/H2-Athmosphäre bzw. an Luft bei 700-1300°C ausgelagert, wobei zunächst ein nanokristallines Gefüge entsteht.Nach Bildung einer epitaktischen Keimschicht an der Substratoberfläche konkurrieren während des weiteren Wachstums Kornvergröberung in der polykristallinen Deckschicht und epitaktisches Schichtwachstum miteinander. Die treibende Kraft für beide Prozesse resultiert dabei aus der hohen Korngrenzenergiedichte des nanokristallinen Precursorgefüges. Das Schichtwachstum wurde u.a. mit Röntgenverfahren und RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction) verfolgt. Eine biaxiale Textur wurde mit Röntgenverfahren im Falle des CGO auf YSZ-(001)-Einkristallen schon bei Auslagerungstemperaturen von ca. 790°C beobachtet, während eine epitaxiefähige Oberfläche erst bei Temperaturen von 1200-1300°C auftrat. Bei Auslagerungstemperaturen von 790°C verhindert eine untexturierte Deckschicht in der MOD-Schicht ein epitaktisches Anwachsen des YBa2Cu3O7.Die Untersuchung des Wachstumsverhaltens auf technischen IBAD(Ion-Beam-Assisted-Deposition)-YSZ Substraten ergab, daß die Oberflächenrauhigkeit die maßgebliche Einflussgröße ist, die die Erhöhung der mit Röntgenmethoden gemessenen optimalen Auslagerungsbedingungen bestimmt.Die Eignung der mit MOD hergestellten Pufferschichten als Substrat für ein biaxiales Aufwachsen der supraleitenden Schicht wurde durch die hohen Stromtragfähigkeiten nachgewiesen, die in den supraleitenden Filmen erreicht wurden.
Schlagwörter: Metallorganische Deposition; epitaktisches Wachstum; supraleitende Bandleiter; CeO2; YSZ; 530 Physik
