Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

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7. Der ferromagnetische Halbleiter EuO Lee um die Möglichkeit des simultanen DC-Sputterns von einem Eu-Target erweitert [29]. Auch sie erhielten polykristalline Filme, deren Curie-Temperatur mit geringer werdendem Abstand zwischen Substrat und Eu-Sputterquelle zunahmen. • Kürzlich wurde eine weitere Methode zum Sputtern von EuO-Filmen von Barbagallo et al. vorgestellt. Sie nutzten das gleichzeitige Magnetron-Sputtern von zwei Targets, Eu-Metall und Eu 2 O 3 . Ihre bei Raumtemperatur gewachsenen Filme auf Silizium-Substraten sind polykristallin und enthalten bis zu 20 % Fremdphasen. Der Basisdruck der UHV-Vakuumkammer betrug 4 · 10 −9 Torr (5,3 · 10 −9 mbar), der Ar + -Druck 2 · 10 −3 Torr (0,0027 mbar) [49, 50]. 7.5.3. Strukturierung von EuO-Filmen Um die Transporteigenschaften von EuO-Filmen messen zu können, müssen die Filme strukturiert werden, d. h. es müssen Messstege definiert werden. Die hierfür von Dr. habil. Andreas Schmehl entwickelte Methode wird im Folgenden kurz vorgestellt. Eine ausführliche Darstellung findet sich in den Ref. [72, 166]. Falls die Probenstücke der EuO-Filme größer sind als die benötigten 5 mm×5 mm, werden sie unter Kühlung mit Isopropanol mithilfe einer Drahtsäge zurechtgeschnitten. 13 Im Reinraum wird mittels Fotolithografie die benötigte Struktur über eine Fotomaske auf die mit Fotolack beschichtete Probe übertragen und anschließend entwickelt. 14 Die vom Fotolack nicht geschützten Teile der Probe werden durch Ionenätzen entfernt, wodurch die Messstege definiert werden. Anschließend wird die Probe in situ in eine Sputterkammer transferiert, wo Si 3 N 4 gesputtert wird, um die freiliegenden EuO- Kanten der Messstege vor Oxidation zu schützen. Si 3 N 4 kann sauerstofffrei gesputtert werden und besitzt eine Bandlücke von 4,55 eV [212], sodass für Transportmessungen kein paralleler Strompfad entsteht. Nach dem Entfernen des Fotolacks werden in einem zweiten analogen Fotolithografieschritt Metallkontakte aufgebracht. Hierzu werden Metalle mit einer geringen Austrittsarbeit bevorzugt, da sich zwischen dem Metallkontakt und dem halbleitenden EuO-Film eine Schottky-Barriere ausbildet [213]. Je größer die Austrittsarbeit des Metalls, desto größer ist der Kontaktwiderstand. Dies führt zu einem beschränkten Stromfluss durch die Probe, insbesondere bei hochohmigen Proben mit geringer Ladungsträgerdichte. Daher werden Mg bzw. Ti als Kontaktmetalle verwendet [72]. 15 13 Das wasserfreie Sägen verhindert die fortschreitende Hydroxidbildung im EuO-Film und damit die Zerstörung des Films. Bei der Kühlung mit Isopropanol werden die Kanten des Films zwar oxidiert, aber Eu 2 O 3 ist selbstpassivierend. Somit können EuO-Proben gesägt werden. 14 Es werden der Positivlack MicroChemicals AZ1512HS und der zugehörige Entwickler MicroChemicals AZ400 verwendet [211]. 15 Die Austrittsarbeiten von Mg und Ti betragen 3,66 eV bzw. 4,33 eV. Dies ist deutlich geringer als der Wert von 5,1 eV für das Standardmaterial Au zur Kontaktherstellung [214]. Materialien mit noch geringeren Austrittsarbeiten, wie z. B. einige Seltene Erden oder Alkalimetalle, sind aufgrund der hohen Reaktivität und der damit verbundenen Oxidation nicht geeignet. 110
7.5. Wachstum und Strukturierung von EuO-Filmen Die fertig strukturierten Proben werden in einem Kontaktboard fixiert und mithilfe eines Bonders kontaktiert. Dieses wird dann an einem Probenstab montiert, mit dessen Hilfe dann die entsprechenden Messungen durchgeführt werden. Messungen des Hall-Widerstands zur Bestimmung der Ladungsträgerdichte und des spezifischen Widerstands ρ(T ) wurden an einem Kryostat-System (Firma Oxford Instruments [215]) durchgeführt, ρ(T )-Messungen teilweise auch an einem auf einer He-Kanne basierenden Messstand. Aufgrund des Ferromagnetismus in EuO wurden zur Bestimmung der Ladungsträgerdichte von EuO-Filmen nur externe Magnetfelder berücksichtigt, die betragsmäßig größer als 4 T sind (Kapitel 2.3.4). 111
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In situ Neutronen-Reflektometrie un
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Für Jeanette, Michael und Benjamin
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2.2. Wachstum dünner Filme E B S N
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2.3. Charakterisierung dünner Film
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3. Untersuchung magnetischer Eigens
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10.6. Ausweitung auf andere Substra
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10.7. Optimierte Titan-Schichtdicke
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10.8. Oxidation des Ti-Films Intens
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10.10. Herstellung Gd-dotierter Fil
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10.10. Herstellung Gd-dotierter Fil
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Teil IV. Zusammenfassung und Ausbli
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12. Ausblick reicher Kandidat. Wom
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A. Ergänzungen zur Dünnfilmtechno
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A.2. Weitere Methoden zur Untersuch
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B. Technische Zeichnungen Auf Seite
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C. Wachstum von Kupfer auf Silizium
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E. Bestimmung der Curie-Temperatur
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Die Curie-Temperatur des gezeigten
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Publikationen A T. Mairoser, A. Sch
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. . . Julia Mundy, Paul Cueva, and
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