Erläuterung:

Beschafft werden soll ein Elektronenstrahl (e-beam) -Aufdampf-moduls zur Abscheidung metallischer Dünnschichten für die Entwicklung und Herstellung von neuen supraleitenden Quantensensoren. Das Modul soll die Depositionsanlage BesTec M435 (Größtgerät 04/15) erweitern. Diese Anlage ist die zentrale Komponente der Dünnschicht-Technologie für die Herstellung von SQUID-Sensoren. Zentrale Anlage für die Abscheidung von Supraleiter- und Normalleiter-Dünnschichten ist der Ultra-Hochvakuum (UHV)-Depositionscluster BesTec M435. Es werden darin mittels sog. Plasma-Zerstäubung (PVD) qualitativ hochwertige Dünnschichten der Metalle Niob, Aluminium und Palladium-Gold hergestellt. Zudem wird in der Anlage die thermische Oxidationen der Oberflächen abgeschiedener Supraleiter-Dünnschichten mit definierter Exposition durchgeführt, um Josephson-Kontakte aus dem Materialsystem Nb/Al/AlOx/Nb zu realisieren. Der Depositionscluster wurde als Größtgerät 04/15 beschafft und ist seit Anfang 2017 in Betrieb. Ab 2023 wird die Anlage im Walther-Meißner-Bau weiterbetrieben. Nach Wiederinbetriebnahme wird der Depositionscluster um eine UHV-Kammer zur Substratvorbehandlung erweitert werden. Es wird damit eine definierte Hoch-Temperierung von Silizium-Substraten unter UHV-Bedingungen derart ermöglicht, dass unmittelbar nach der Substrat-Präparation ohne Bruch des Anlagen-Vakuums die Depositionsprozesse im Cluster erfolgen können. Diese in-situ-Substratvorbehandlung wird strukturelle und

elektrische Eigenschaften der PVD-abgeschiedenen Nb- und Al-Dünnschichten für SQUID-Sensoren verbessern. Das hier beantragte Erweiterungsmodul soll zusätzlich zu den PVD-Abscheidungsprozessen zukünftig die Abscheidung vergleichsweise niedrig-schmelzender metallischer Materialen, speziell hochreinem Al und Gold, durch Elektronenstrahl-Verdampfung ebenfalls in dem Depositionscluster ermöglichen. Gegenüber PVD-Abscheidung weist Elektronenstrahl-Verdampfung von Al und Au technische Vorteile auf, z.B. höhere

Abscheideraten und geringere Verunreinigungen, die für die Herstellung von höchstempfindlichen SQUID-Sensoren relevant sind. Das Erweiterungsmodul soll als eine UHV-Kammer für die Mehrtiegel-Elektronenstrahl-Verdampfung von Al und Au ausgelegt werden. Es ist lediglich die planare Abscheidung (keine Substrat-Kippung für Mehrwinkel-Schrägdepositionen) vorgesehen. Diese Auslegung ist an die planaren integrierten Schaltungsauslegungen der SQUID-Sensoren des FB 7.6 angepasst. Die Ausstattung des Moduls mit Sensorik zur Schichtdickenmessung

oder Ratenstabilisierung während der Depositionen ist absehbar nicht erforderlich. Die Kammer wird über die UHV-Kammer zur Substratvorbehandlung mit dem Depositionscluster verbunden. Pump- und Abscheideprozesse werden teil-automatisiert und in die Gesamtsteuerung des Depositionsclusters eingebunden. Mit der Erweiterung des Depositionsclusters um das beschriebene Elektronenstrahl-Aufdampfmodul sollen Depositionen von Dünnschichtsystemen für SQUID-Sensorschaltungen erfolgen, die bisher nicht realisierbar sind. Es ist bekannt, dass speziell qualitativ höchstwertige Al/AlOx/Al-basierte Josephson-Kontakte durch Elektronenstrahl-Verdampfung abgeschiedene hochreine Al-Dünnschichten erfordern. Derartige Josephson-Kontakte sollen zukünftig in SQUID-Sensoren, die in zunehmendem Maße bei <1 K angewendet werden, zum Einsatz kommen. Die Integration des Aufdampfmoduls in den Cluster ist vorgesehen, um vollständige in-situProzessierungen durch Substratvorbehandlung, kombinierbare Verdampfungs- und PVD-Abscheidungen und thermische Oxidationen zu ermöglichen. Dadurch soll erreicht werden, dass kombinierte Supraleiter/ Normalleiter-Mehrlagen mit optimierten Funktionseigenschaften für SQUID-Sensoren und andere Kryodetektoren hergestellt werden.