Dünnschichtherstellung mit MBE für Nutzer

Molekularstrahlepitaxie (MBE) ist ein faszinierendes Verfahren zur Herstellung qualitativ sehr hochwertiger dünner epitaktischer Schichten. Das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) betreibt ein modernes MBE-System, um maßgeschneiderte Dünnschichtproben zu präparieren, die mit dem Neutronenreflektometer MARIA oder anderen Neutronenstreuinstrumenten am MLZ untersucht werden können.

Epitaxie bedeutet das Aufwachsen kristalliner Schichten auf kristallinen Substraten, wobei die Kristallstruktur des Substrates in die der aufwachsenden Schicht übertragen wird. Damit können neuartige Materialien und Materialkombinationen erzeugt werden, die gänzlich unerwartete Eigenschaften besitzen, z. B. Ferromagnetismus an der Grenzfläche zwischen zwei antiferromagnetischen Schichten oder elektrische Leitfähigkeit an der Grenzfläche zweier eigentlich isolierender Schichten.

Der Einsatz von Ultra Hoch-Vakuum (UHV) minimiert die in die Schicht eingebrachten Verunreinigungen. Zur reproduzierbaren Herstellung qualitativ sehr hochwertiger Schichten ist die genaue Kontrolle der Abscheidebedingungen notwendig. Durch Erhitzen von Material in einem Tiegel (Effusionszelle) oder mit einer Elektronenkanone wird ein Molekularstrahl erzeugt und auf das Substrat gerichtet. Im vorhandenen MBE-System befinden sich 6 Effusionszellen und zwei Elektronenkanonen für 4 Tiegel, so dass insgesamt bis zu 8 Materialien gleichzeitig abgeschieden werden können. Zusätzlich kann mit einer Plasmaquelle atomarer Sauerstoff erzeugt werden. Während der Abscheidung kann das Schichtwachstum durch Beugung hochenergetischer Elektronen in Reflexion (RHEED) direkt beobachtet werden. Die Abscheiderate kann mit Hilfe einer Quarzkristallmikrowaage verfolgt werden. Beugung niederenergetischer Elektronen an Oberflächen (LEED) und Auger Electronen Spektroskopie (AES) werden zur Analyse der Oberflächenstruktur und zur chemischen Oberflächenanalyse an der Anlage eingesetzt.

Unser Angebot:
Das JCNS Dünnschichtlabor steht Nutzern offen, die Proben für Neutronenstreuexperimente an Instrumenten des MLZ herstellen wollen

Haben Sie eine Idee für ein Dünnschichtsystem, welches Sie mit Neutronenstreuinstrumenten wie MARIA oder NREX untersuchen wollen?

Aber Sie haben kein MBE-System zur Verfügung?

Wir können helfen!

Die MBE-Anlage von JCNS steht interessierten Nutzern zur Verfügung.

Angebot:

Dünnschichtherstellung mit MBE.
Schichtanalyse mit RHEED, LEED und AES.
Zusätzlich im Labor: Rasterkraftmikroskopie(AFM).

Technische Daten

Typische Spezifikationen des MBE-Systems

Basisdruck < 5 × 10^-10mbar
Quellen: 6 Effusionszellen, 2 Elektronenstrahlverdampfer (je 4 Tiegel), Sauerstoffplasma-Quelle
Kontrolle des Schichtwachstums mit Quarz-Mikrowaage und RHEED.
Substrathalter: heizbar bis 1000°C, Substratgröße bis 2” Durchmesser und 20 mm x 20 mm, Standard ist 10 mm x 10 mm. Der Substrathalter ist um die Probennormale drehbar.
Hohe Reproduzierbarkeit des Schichtwachstums durch automatisierte Einstellung der Abscheidebedingungen
Materialien: Ag, Al, Au, Co, Cr, Fe, La, Mn, Ni, Nb, Pt, Sr and Ti, weitere Elemente auf Anfrage.

In einer Nebenkammer stehen zur Verfügung:

Oberflächenstrukturanalyse via Low Energy Electron Diffraction (LEED).
Chemische Oberflächenanalyse via Auger Electron Spectroscopy (AES).

Verfahren zum Einreichen von Vorschlägen für Schichtherstellung und -charakterisierung

Bitte beachten Sie, dass sich dieses Angebot in der Erprobungsphase befindet. Es kann ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Das JCNS Dünnschichtlabor lehnt jegliche Haftung ab.

Entsprechend dem Konzept des JCNS MBE-Systems als Nutzereinrichtung werden zwei Vorgehensweisen angeboten:

Reine Dienstleistung

Bei dieser Vorgehensweise stellt der JCNS-Wissenschafter die Probe her. Dieses Angebot ist auf Schichtsysteme beschränkt, mit denen gründliche Erfahrungen vorliegen.

Schichtherstellung in Zusammenarbeit

Der Nutzer stellt die Proben unter Hilfestellung der Wissenschaftler vor Ort selbst her. Dieser Ansatz ist notwendig, wenn zum Einstellen der optimalen Abscheidebedingungen umfangreiche Versuche durchgeführt werden müssen.

Eine Übersicht der Vorgehensweise zum Einreichen einse Proposals ist im Bild unten dargestellt. Das Proposal für Schichtherstellung mit dem MBE-System muss beim MLZ-Nutzerbüro per e-mail (useroffice@mlz-garching.de) eingereicht werden. Das zugehörige Proposal für das Neutronenstreuinstrument am MLZ wird über das Online Proposalsystem eingereicht.

Template für Anträge auf Probenherstellung mit dem MBE-System – NUR in Kombination mit einem Messzeitvorschlag für ein MLZ-Neutronenstreuinstrument

Vor dem Einreichen von Anträgen auf Probenherstellung ist es unbedingt notwendig, Kontakt mit dem für das Dünnschichtlabor verantwortlichen Wissenschaftler aufzunehmen, um die Fragestellung und Details zu besprechen. Nach dem Einreichen wird der Vorschlag hinsichtlich seiner technischen Machbarkeit geprüft. Anschließend wird er zusammen mit dem zugehörigen Messzeitvorschlag für das Neutronenstreuinstrument dem MLZ-Gutachterausschuss zur Bewertung vorgelegt.