Spinwellenanregung in magnetischen Nanohybridstrukturen (31,8 ...

Reales Probendesign und Herstellungsprozess
4.1.8 Reales Probendesign und Herstellungsprozess
In diesem Abschnitt wird das Design der realen Proben und deren Herstellung beschrieben
sowie Schwierigkeiten in der Realisierung der für die Simulationen verwendeten Designs
diskutiert. Die Charakterisierung dieser Proben mittels µBLS ermöglicht die experimentelle
Verifizierung der in den Abschnitten 4.1.1 bis 4.1.7 vorgestellten numerischen Ergebnisse.
Alle im Folgenden beschriebenen Proben wurden im NBC 1 der TU Kaiserslautern und den
MBE 2 -Anlagen der AG Hillebrands prozessiert, die Herstellung selbst wurde dabei maßgeblich
von Philipp Pirro 3 durchgeführt. Als Substrat wurden 7 × 7 mm 2 große, thermisch oxidierte
Silizium-Stücke Si (110)/SiO x verwendet. Die Probenprozessierung besteht aus einer
Kombination von Elektronenstrahllithographie in lift-off -Technik und Elektronenstrahlverdampfung
und gliedert sich im Wesentlichen in 5 Schritte:
In Schritt 1 werden die sogenannten alignment marks aus Gold auf dem Substrat definiert,
die eine präzise Positionierung des Substrats in den folgenden Prozessschritten ermöglichen.
In Schritt 2 werden die Cu-Elemente, die sich unterhalb des Ni 81 Fe 19 -Streifens befinden,
mit einer Cu-Schichtdicke von 20 bzw. 60 nm prozessiert. In Schritt 3 wird der Ni 81 Fe 19 -
Streifen mit einer Schichtdicke von 47 bzw. 10 nm und in Schritt 4 die oberen Cu-Elemente
ebenfalls mit einer Dicke von 20 bzw. 60 nm strukturiert. In Schritt 5 werden die deutlich
dickeren Cu-Kontakte mit einer Schichtdicke von einigen 100 nm aufgebracht, welche die
gewünschte elektrische Kontaktierung erlauben. Für die Nanostrukturierung mittels Elektronenstrahllithographie
wird der elektronensensitive Lack Polymethylmethacrylat PMMA
mit einem Molekulargewicht von 950k im Positivprozess verwendet, das heißt, dass beim
Übertragen der Struktur in den Lack alle belichteten Bereiche abgelöst werden und so die
Positiv-Maske für die Metallstruktur entsteht. Die Cu-Schichten wurden im NBC mittels
Elektronenstrahlverdampfung mit einer Rate von 1 Å/s (für die Cu-Elemente) bzw. 10 Å/s
(für die Cu-Kontakte) aufgedampft. Die Ni 81 Fe 19 -Schichten wurden in den MBE-Maschinen
der AG Hillebrands mit einer Rate von 0,2 Å/s gewachsen.
Abbildung 4.15 zeigt Schemata der beiden realisierten Probendesigns mit Darstellungen der
Ni 81 Fe 19 -Streifengruppen verschiedener Breite. Die Cu-Zuleitungen beider Probentypen (in
orange dargestellt) haben aus Gründen der Impedanzanpassung die Form eines koplanaren
Wellenleiters. Auf dessen drei Kontaktflächen kann eine sogenannte Picoprobe 4 aufgesetzt
und die Struktur auf diese Weise mit einem Mikrowellengenerator verbunden werden. Eine
dünne Titanschicht auf dem SiO 2 -Substrat erwies sich hier als geeigneter Haftvermittler,
der ein zu schnelles Ablösen des Cu bei Beanspruchung durch die aufsetzende P icoprobe-
1 Nano+Bio Center
2 Molecular Beam Epitaxy
3 Diplomand in der AG Hillebrands
4 Mikrowellenkonnektor zur impedanzangepassten Kontaktierung von Mikrostrukturen
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