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Dünnschichtherstellung mittels MBE für Nutzer
Das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) betreibt eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) Anlage zur Herstellung von maßgeschneiderten Dünnschichtproben für Experimente mit dem Neutronenreflektometer MARIA und anderen Neutronenstreuinstrumenten am MLZ.
MBE-Wachstum ist ein faszinierendes Verfahren um hochwertige epitaktische Dünnschichten zu wachsen. Unter Epitaxie versteht man das Wachstum einer kristallinen Dünnschicht auf einkristallinen Substraten mit genau definierter Ausrichtung. Auf diese Weise können neue Materialien hergestellt werden, die unerwartete Eigenschaften aufweisen, wie z. B. Ferromagnetismus an der Grenzfläche zwischen zwei antiferromagnetischen Schichten oder Leitfähigkeit zwischen zwei isolierenden Schichten.
Unter der Vielzahl der verfügbaren Dünnschichtwachstumstechniken ist das MBE-Wachstum eine der saubersten, aber eine der technisch anspruchsvollsten Techniken, da ein Ultrahochvakuum (UHV) erforderlich ist. So beträgt der Basisdruck der vom JCNS betriebenen MBE-Anlage etwa 3 × 10- 10 mbar. Eine genaue Kontrolle der Wachstumsbedingungen ist die Voraussetzung für qualitativ hochwertige dünne Schichten. Ein Molekularstrahl wird in der Kammer entweder durch die thermische Erwärmung des Materials in einem Tiegel (Effusionszelle) oder durch Erwärmung des Materials mittels Elektronenbeschuss (Electronenstrahlverdampfer, E-Gun) erzeugt. In der vom JCNS betriebenen MBE-Anlage gibt es zwei E-Guns mit je vier Tiegeln und sechs Effusionszellen, d.h. es können bis zu acht verschiedene Materialien gleichzeitig verdampft werden. Zusätzlich kann atomarer Sauerstoff oder Stickstoff mittels einer Plasmaquelle zugeführt werden. Dadurch kann die Herstellung von Oxid-, Nitrid- und Metallschichten in Form von Heterostrukturen, Multilagen oder Einzelschichten angeboten werden.
Eine In-situ-Wachstumskontrolle wird durch ein Instrument zur Beugung hochenergetischer Elektronen in Reflexion (RHEED) erreicht. Zusätzlich wird eine Quarzkristall-Mikrowaage zur Kontrolle der Wachstumsrate eingesetzt. Instrumente zur Elektronenbeugung mit niedriger Energie (LEED) und Auger-Elektronenspektroskopie (AES) für die Oberflächenstruktur bzw. die chemische Analyse sind ebenfalls an das System angeschlossen.
Leistungen:
Typische Spezifikationen des MBE-Systems
Vor dem Einreichen eines Proposals für die Dünnschichtprobenherstellung ist es unabdingbar, Kontakt mit dem für das Dünnschichtlabor verantwortlichen Wissenschaftler aufzunehmen, um die Fragestellung und Vorgehensweise zu klären.
Es werden zwei Vorgehensweisen zur Probenherstellung angeboten:Die Herstellung von MBE-Proben ist nur in Verbindung mit einem Neutronenstreuproposal möglich. Während der Antragstellung für das Neutroneninstrument, z. B. MARIA oder N-REX, in GhOST wird abgefragt, ob ein zusätzliches Proposal für MBE-Wachstum eingereicht werden soll.
Template für Anträge auf Probenherstellung mit dem MBE-System – NUR in Kombination mit einem Messzeitvorschlag für ein MLZ-Neutronenstreuinstrument
Kontakt
Dr. Sabine Pütter (Laborverantwortliche)
Telefon: +49 (0)89 158860-742
E-mail: s.puetter@fz-juelich.de
Dünnschichtlabor
Telefon: +49 (0)89 158860-328
Betreiber
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