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Nano-SQUIDs mit SNS-Josephson-Kontakten kleiner als 100 nm

08.12.2011

Im Rahmen einer Kooperation mit dem Physikalischen Institut der Universität Tübingen (Prof. Kleiner, Prof. Koelle) wurden verschiedene Nano-SQUID-Schaltungen hergestellt. Schon die bisher hergestellten SQUID-Schaltungen mit Josephson–Kontakten, deren Abmessungen lediglich 200 nm x 200 nm betrugen, hatten bei Messungen in Tübingen exzellente Eigenschaften gezeigt. Die besten Magnetometer-Schaltungen wiesen ein Fluss-Rauschen von nur SΦ1/2 = 250 nΦ0/Hz1/2 auf, was einer Spin-Empfindlichkeit von Sμ1/2 ≥ 29 μB/Hz1/2 entspricht [1].
Die Untersuchungen ergaben, dass mit den Schaltungen bei weiterer Verkleinerung der Strukturen und Optimierung des Fluss-Rauschens und mit einer Kopplung an das zu untersuchende magnetische Teilchen eine Einzel-Spin-Auflösung erreichbar sein 
sollte.
Um dieses Ziel zu erreichen wurde an der PTB eine umfangreiche Optimierung der Herstellungstechnologie  vorgenommen. Die Herstellung beruht auf einer hier entwickelten Technologie, die auf Elektronenstrahl-Lithographie und chemisch-mechanischem Polieren basiert und die sich bereits bei der Herstellung kleiner Kontakte für andere Anwendungen (z.B. das pulsbetriebene Spannungsnormal) bewährt hat.
Auf diese Weise konnten nun Josephson-Kontakte mit deutlich kleineren Abmessungen von nur noch 40 nm bis 90 nm hergestellt werden. Alle anderen Dimensionen der SQUIDs wurden ebenfalls konform reduziert. So konnte die SQUID-Schleife von 500 nm auf 150 nm verringert werden (siehe Bild 1).
Die mit dieser optimierten Technologie hergestellten SQUID Schaltungen mit unterschiedlichen Designs werden nun nach den Voruntersuchungen an der PTB in Tübingen auf Ihre volle Funktionalität getestet.

 [1] J. Nagel, et al., Appl. Phys. Lett. 99, 032506 (2011)

 

 

Bild 1:
Raster-Elektronenmikroskop Aufnahmen einer SQUID-Schaltung. Die Josephson-Kontakte besitzen eine Fläche von nur
0,008 µm² und SQUID-Schleifen bis zu 150 nm.

 

 

 

Ansprechpartner: O. Kieler
Fachbereich 2.4 : Quantenelektronik