Kurzfassung
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist eine Technologie zur Sputterdeposition ferromagnetischer dünner Schichten aufgebaut worden. Nanostrukturierte ferromagnetische Elektroden, die in Experimenten zum spinpolarisierten Transport eingesetzt werden, wurden präpariert und hinsichtlich ihrer elektrischen und magnetischen Eigenschaften charakterisiert.
Im ersten Kapitel werden die Grundlagen der Sputterdeposition und des Sputterätzens erklärt sowie das während dieser Arbeit aufgebaute System beschrieben. Die verwendeten Prozesse wurden mit Hilfe statistischer Methoden charakterisiert. Dabei ist der Einfluss der Argon-Ionenenergie und des Prozessdrucks sowohl auf die Depositions- und Ätzraten als auch auf die Rauhigkeiten der Schichten und Substrate systematisch untersucht worden. Erste Ergebnisse bezüglich der Sputterdeposition der ternären Heusler-Legierung Ni2MnIn werden gezeigt. Dabei wird zusätzlich die Abhängigkeit der Filmstöchiometrie von den Prozessparametern untersucht.
Das zweite Kapitel behandelt die Charakterisierung gesputterter ferromagnetischer dünner Schichten und Nanostrukturen. Mit Magnetkraftmikroskopie in äußeren Magnetfeldern und dem magnetooptischen Kerr-Effekt wurden die Formanisotropie und die Kristallanisotropie gesputterter Permalloy (Ni80Fe20)-Elektroden und homogener Schichten untersucht. Der anisotrope Magnetowiderstand wurde an Nanodrähten aus Permalloy und Nickel mit Hilfe von Transportmessungen in äußeren Magnetfeldern untersucht.
Das dritte Kapitel behandelt Ferromagnet/Supraleiter-Hybridsysteme. Theoretische Konzepte werden vorgestellt, und die Ergebnisse für elektronenstrahllithografisch definierte Kontakte werden diskutiert. Für Punktkontakte ist während dieser Arbeit ein neues Mess- und Auswertesystem entwickelt worden. Aus den damit gemessenen Transportdaten wurde die Spinpolarisation für verschiedene Materialien bestimmt.
In the present work the technology for sputter deposition of
ferromagnetic materials has been established. The preparation as well
as the electrical and magnetic
characterization of nanostructured ferromagnetic electrodes suitable for
spin-polarized transport are presented.
In the first chapter, the basics of sputter-deposition and
-etch technology are introduced and the system developed within this
work is described.
The processes are characterized using design of
experiments (DOE). The influences of the argon ion energy and the
process pressure on deposition and etch rates as well as film
and substrate roughnesses are investigated systematically.
First results on the sputter deposition of the ternary Heusler
compound Ni2MnIn are shown. In particular, the dependence of
the film stoichiometry on the process parameters is investigated.
The second chapter deals with
the characterization of sputter deposited ferromagnetic thin films and nanostructures.
Using magnetic-force microscopy (MFM) in external magnetic fields
and the magneto-optical Kerr effect (MOKE)
shape anisotropy and crystal anisotropy of sputter deposited permalloy
(Ni80Fe20) electrodes and homogeneous films
are investigated. The
anisotropic magnetoresistance (AMR) of permalloy and nickel nanowires is
measured by transport experiments in external magnetic fields.
The third chapter focuses on ferromagnet/superconductor hybrid systems.
Theoretical concepts are reviewed and results on contacts patterned
by electron-beam lithography are discussed. A new experimental setup
for point contacts is presented.
The transport data measured with this setup are discussed and
the spin polarization of various materials is determined.