Kurzzusammenfassung

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluß des Seltenerdelements auf die elektrischen Transporteigenschaften und den Oberflächenwiderstand dünner SEBa₂Cu₃O_x- (SEBCO) Schichten zu untersuchen. Um eine möglichst große Variation der Ionenradien zu erfassen wurden als seltenerd (SE) Elemente Yb, Y, Gd und Sm verwendet. Alle untersuchten Schichten wurden durch Kathodenzerstäubung in invertierter Zylindergeometrie deponiert. Um die Ergebnisse der SE-Substitution durch Variation der Sauerstoffkonzentration nicht zu beeinflussen, wurde in allen Systemen ein Sauerstoffgehalt von 6,99 ³  x ³  6,95 eingestellt.

Die kristalline Qualität der Schichten wurde mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie untersucht, wobei sich Mosaikbreiten Dw  < 0,33° ergaben. Die c-Achsen-Gitterkonstanten stiegen mit wachsendem Ionenradius des SE-Elements an, was sich mit Resultaten an Volumenproben deckt.

Die kritische Temperatur T_C und der spezifische Widerstand r der SEBCO-Schichten nahm, analog zu Volumenproben, mit wachsendem Radius des SE-Ions zu. Ein ähnliches Verhalten wurde auch für die kritische Stromdichte j_C beobachtet. Sie sank mit zunehmendem Radius des SE-Ions. Dieses Verhalten der elektrischen Transportgrößen läßt sich auf die Verringerung der zum Transport zur Verfügung stehenden Ladungsträger zurückführen. Eine Ausnahme von diesem Verhalten zeigten die YbBCO-Schichten, was auf Depositionsprobleme zurückgeführt werden konnte.

Um die Temperaturabhängigkeit des Oberflächenwiderstandes dünner YBCO- und GdBCO-Schichten zu untersuchen, wurden unterschiedliche Modelle verwendet. Einzig das sogenannte "Weak-Link"-Modell war jedoch in der Lage, das Temperaturverhalten der Schichten über einen großen Bereich zwischen 4 K und T_C zu beschreiben. Die GdBCO-Schichten zeigen oberhalb 70 K wegen ihrer höheren kritischen Temperatur einen niedrigeren Oberflächenwiderstand als vergleichbare YBCO-Schichten. Dieser kleine Effekt kann für HF-Anwendungen entscheidend sein, da ab 70 K durch die Verwendung von GdBCO- anstelle von YBCO-Schichten die gleichen R_S-Werte bei höheren Betriebstemperaturen erreicht werden können.

Transport and High Frequency Behaviour of c-Axis (RE)Ba₂Cu₃O_7-x Thin Films

Abstract

The aim of the following work was to investigate the influence of the rare earth element on the electrical transport behaviour and the surface resistance of thin (RE)Ba₂Cu₃O_7-x (REBCO) films. To get a large variation of the ion radius the rare earth (RE) elements Yb, Y, Gd, and Sm were used and all films were deposited by inverted cylindrical sputtering. In order to prevent an influence of the oxygen concentration on the RE substitution an oxygen concentration of 6,99 ³  x ³  6,95 was used in all systems.

The quality of the films was examined by x-ray diffraction and mosaic spreads of Dw  < 0,33° were found in all systems. The c-axis lattice parameters did rise with the ion radius of the RE element, like bulk material.

The critical temperature T_C and the resistivity r of the REBCO films did rise with the RE ion radius, just like bulk. The critical current density j_C did show a similar effect, j_C did drop with radius of the RE ion. This electrical transport behaviour can be explained by the reduction of the carrier concentration. An exception of this behaviour was shown by the YbBCO films caused by deposition problems.

To examine the temperature dependence of the surface resistance of GdBCO and YBCO films different models were used. But a description of the temperature behaviour between 4 K and T_C could only be given by the weak link model. In comparison to YBCO, GdBCO films showed the lower surface resistances above 70 K caused by their higher T_C values. This small effect can be important for HF applications. By using GdBCO instead of YBCO films the same surface resistances can be reached at higher working temperatures.