He-FIB Josephson-Kontakt Arrays für einen Hochtemperatursupraleiter Spannungsstandard

Die Definition der elektrischen Spannung basiert auf Josephson-Kontakt Arrays, welche bei ‎Hochfrequenzanregung eine quantisierte Spannungsstufe aufweisen. Diese sogenannte Shapiro-Stufe ‎kann für Kalibrierungen eingesetzt werden. In dieser Arbeit wird der Einsatz des ‎Hochtemperatursupraleiters YBa2Cu3O7-x anstelle des aktuell verwendeten ‎Tieftemperatursupraleiters Niob untersucht. Die YBa2Cu3O7-x Proben werden am Institut mittels ‎gepulster Laserdeposition hergestellt und über Fotolithographie sowie physikalischem und ‎chemischem Ätzen strukturiert. Die Herstellung der Barriere für den Josephson-Kontakt erfolgt über ‎einen fokussierten Helium-Ionenstrahl (He-FIB). Eine umfangreiche Charakterisierung der ‎hergestellten Josephson-Kontakte ist durch die automatisierten Messungen möglich. Es werden der ‎exponentielle Zusammenhang der Josephson-Kontakt Parameter mit der He-FIB Dosis sowie das ‎Verhalten der Parameter über einen weiten Temperaturbereich diskutiert. Außerdem wird die ‎Streuung der Josephson-Kontakt Parameter in Abhängigkeit verschiedener Größen vorgestellt. Dabei ‎ist die Streuung bei diesen vergleichbar zu der bei anderen Herstellungsmethoden für YBa2Cu3O7-x ‎Josephson-Kontakte. Es wird das Ausbilden von flachen und weiten Shapiro-Stufen bei ‎Hochfrequenzanregung im GHz und THz Bereich gezeigt. Dabei ist insbesondere der THz Bereich ein ‎Novum, da zuvor bei diesen Frequenzen keine flachen Shapiro-Stufen gezeigt wurden. Trotz einer ‎gewissen Streuung der Josephson-Kontakt Parameter lassen sich kombinierte Shapiro-Stufen bei ‎Verschaltung von bis zu drei Josephson-Kontakten erkennen. Über eine Optimierung der Herstellung ‎durch Parallelschalten eines Shunt Widerstands kann diese Zahl auf bis zu zehn Josephson-Kontakte ‎erhöht werden, wodurch sich bei 39 GHz Anregung eine kombinierte Shapiro-Stufe bei 0,8mV ergibt. ‎Dabei wird der Einfluss des Shunt Widerstands auf die Messung ausführlich diskutiert. Abschließend ‎zeigen Vergleichsmessungen zwischen einem YBa2Cu3O7-x He-FIB Josephson-Kontakt und einem ‎Niob Spannungsstandard bei 4,2K die grundsätzliche Machbarkeit eines YBa2Cu3O7-x He-FIB ‎Josephson-Kontakt Spannungsstandards. ‎