Parameter Adjustment in a PLD System Used for YBCO Films on STO Substrates and its Characteristic Verification

Yıl 2014, Cilt: 14 Sayı: 3, 531 - 536, 01.12.2014

Ahmet Nuri Özcivan İşıl Birlik Murat Bektaşı Erdal Çelik

Öz

Pulsed laser deposition (PLD) system is a unique ceramic film deposition equipment with complex technological vacuum and laser apparatus. Until now, the achieved depositions are verified the success of PLD systems in literature. Recently, computer controllable PLD systems are popular as a thin film production technique in which laser and vacuum apparatus are completely software controllable. However, this kind of manageable thin film deposition system requires adjustment of the equipment parameters both in laser box and chamber, as well as lens and mirrors, in order to attain the successive film properties. In our system, laser and chamber are guided by computer software supplied by Neocera Company. Using the software control, we adjust gas flow rates both in laser and chamber; adjust the pressure inside the chamber where sensors are used for these controls. For successive deposition, effective parameters are selected and regulated via experimental experiences on laser and chamber working conditions. Making the above adjustments, we aim to standardize the deposition process by enhancing PLD working conditions by which reliability and reproducibility are attained since those have crucial importance for scientific studies. In this paper, we explain adjustments on working conditions of our PLD system used for coating YBCO on STO (SrTiO3) substrates. We experimented the PLD system which is settled in our thin film laboratory and explain the experiences on the deposited film as a parameter of the assumed working conditions, such as chamber pressure and substrate temperature. Finally, we display the scan and characterization results obtained for different conditions. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Anahtar Kelimeler

Superconductor thin film; YBCO; Coating technique via PLD

STO Atlık Üzerine Üretilen YBCO Kaplama İçin Kullanılan PLD Sisteminde Yapılan Parametre Düzenlemeleri ve Karakteristik Verifikasyonu

Öz

Darbeli Lazer Biriktirme (PLD) sistemi üstün özellikli bir seramik film üretme cihazı olup, karmaşık teknolojili hava alma ve lazer bileşenlerinden oluşur. Şimdiye kadar yapılan çalışmalarda PLD sisteminin başarısı bilimsel yayınlarla ispatlanmıştır. Son zamanlarda, ince film kaplama amacı ile PLD’de kullanılan bileşenlerin tamamen bilgisayar kontrollü olduğu sistemler yaygınlaşmaya başlamıştır. Fakat bu tarz kontrollü ince film biriktirme sistemleri cihaz parametrelerinin hassas bir şekilde ayarlanmasını gerektirmektedir. Zira başarılı film karakteristiğini sağlamak üzere PLD sistemi bileşenlerinden olan lazer kutusu, hazne ve hatta mercek ve aynaların ayarlanması gerekir. Kullanılan sistemde, lazer ve hazne tamamen üretici Neocera Firması tarafından yazılan bilgisayar yazılımı ile kontrol edilmektedir. Sistemde yerleşik algılayıcılar vasıtası ile kontrol sağlayan bu programı kullanarak, lazer ve haznedeki gaz akış miktarını, sıcaklığı ve basıncı ayarlanmaktadır. Başarılı bir film biriktirme için etkin parametreler deney deneyimleri ile geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu doğrultuda, lazer aydınlatması, altlık üzerine odaklanma, altlık–hedef malzeme arası mesafe, gaz akış miktarı ve havası alınmış hazne içi basınç değeri gibi parametrelerin ayarlanmasına çalışılmıştır. Bu parametreleri kullanarak, her bir darbede biriken film kalınlığı tahmin edilebilir hale gelir ve hazne içerisinde olması gereken gaz akış hızına karar verebiliriz. Bahsedilen düzenlemeleri yaparak, biriktirme işlemini standartlaştırmak ve dolayısı ile PLD çalışma şartlarını güvenilir hale getirmek hedeflenir ki, bu özellik yeniden üretilebilirliği sağladığı için bilimsel çalışmalar açısından büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada STO (SrTiO3) altlığa uygulanan YBCO (YBa2Cu3O7-δ) seramik süperiletken ince filmlerinin üretimi için kullanılan PLD sistemine ait çalışma parametrelerinin düzenlenmesi açıklanmıştır. Üretilen filmler üzerine edindiğimiz deneyimler açılanarak, kullanılan hazne basıncı ve altlık sıcaklığı parametreleri verilmiştir. Son olarak, ilgili parametreler ile elde edilen filmlere ait analiz ve karakterizasyon sonuçları açıklanmıştır

Anahtar Kelimeler

Süperiletken ince film, YBCO, PLD ile kaplama tekniği

Kaynakça

• Branescu, M., Teodorescu, V.S., Socol G., Balasz, I., Ducu, C., and Jaklovszky, J., 2005. Experiments on pulsed laser deposition and characterization of epitaxially in- situ grown YBa2Cu3O7-X thin films. Journal of
• Optoelectronics and Advanced Materials, 7, 967– 972.
• Greer, J.A., Tabat, M.D. and Lu, C., 1997. Future trends for large-area pulsed laser deposition. Nuclear Instruments and Methods in Physics B, 121, 357-362. Hao, J.H., Zhou, F.Q., Zhao, X.R., Sun, H.D., Yi, X.J. and Li, Responsivity Z.G.,
• measurement of YBaCuO optical detector. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 3, 2167- 2169. calculation and