27.11.2014
Im Rahmen des EMRP Projekts „MetNEMS“ wurden zehn verschiedene, recht komplexe SQUID-Designs der PTB Berlin an den bestehenden Herstellungsprozess für Nano-SQUIDs der PTB Braunschweig adaptiert. Für das 2014 gestartete DFG Projekt „Hochempfindliche Nano-SQUIDs zur Detektion kleiner Spin-Systeme“ in einer Kooperation der Universität Tübingen, der PTB Berlin und der PTB Braunschweig wurden ebenfalls vier Designs von Test-SQUIDs der PTB Berlin auf den Herstellungsprozess der PTB Braunschweig adaptiert.
Im Reinraumzentrum der PTB wurden diese insgesamt 14 verschiedenen SQUID-Schaltungen auf der Basis von SNS-Josephson-Kontakten (S…Supraleiter, N…Normalleiter) erfolgreich hergestellt, wobei HfTi als normalleitende Barriere verwendet wurde. Der hierfür an der PTB optimierte Fabrikationsprozess umfasst den Einsatz der Elektronenstrahllithographie und des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) als Kerntechnologien. Dadurch können Josephson-Kontakte mit Abmessungen unter 100 nm und SQUID-Schleifen von ca. 200 nm Kantenlänge realisiert werden.
Erste Messungen der Empfindlichkeit (1/Mf = 2,9 mA/Φ0)und des Flussrauschens (SΦ1/2 = 200 nΦ0/Hz1/2 bei 10 kHz) an der PTB Berlin ergaben, dass diese SQUIDs für die geplanten Anwendungen als Ausleseelemente der resonanten Verschiebungen von Tieftemperatur-NEMS sehr gut geeignet sind. Einige Ergebnisse wurden auf zwei Konferenzen, der „ASC2014“ (USA) und der „Kryo2014“ (Deutschland), bereits vorgestellt.
Bild 1: Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) Aufnahme eines Details einer SQUID-Schaltung (Design PTB Berlin) nach zwei Prozessschritten. Die Josephson-Kontakte sind als etwas erhabene kleine Quadrate auf den Nb-Base-Leitungen in der Bildmitte zu erkennen.
Bild 2: REM Aufnahme eines Details einer Spule (Design PTB Berlin). Die Nb-Wiring-Leitungen haben eine Breite und einen Abstand von 200 nm. Deutlich erkennbar ist die hohe Qualität des Prozesses.
Ansprechpartner: O. Kieler
Fachbereich 2.4: Quantenelektronik