Zur Herstellung von einkristallinen dünnen Schichten eines bestimmten Materials wird dieses im allgemeinen auf geeignete einkristalline Substrate eines anderen Materials auf- gebracht. Die Substrate müssen dabei eine geeignete Gitterstruktur aufweisen, um die soge- nannte Heteroepitaxie zu ermöglichen, bei der die einkristalline Struktur des Substrates von der aufgebrachten Schicht übernommen wird. Dieses Verfahren wird auch verwendet, um dünne Schichten hoher Qualität von z.B. oxidischen Hochtemperatursupraleitern wie z.B.

<BR> <BR> <BR> YB-Cu,O,, d (YBCO) herzustellen. Bei solchen Supraleitern können Korngrenzen drastisch die supraleitenden Eigenschaften verschlechtern. Dabei wirken sich Korngrenzen mit einem gro en Korngrenzenwinkel stärker aus als solche mit einem kleinen Winkel zwischen den Kristallachsen der beteiligten Körner. Der Effekt der Korngrenzen wird deutlich beim Ver- gleich der kritischen Stromdichten. Diese beträgt in YBCO bei 77K auf einkristallinen Substraten im Eigenmagnetfeld 3 bis 5 MA/cm2. Auf untexturierten Substraten erreicht man typisch nur 0.02 MA/cm2. Aus diesem Grund ist man bei der Herstellung von hochwertigen Hochtemperatursupraleiterschichten auf eine einkristalline Struktur des Supraleiters angewie- sen.

Die Methode der Herstellung hochwertiger Supraleiterschichten durch heteroepitakti- sches Wachstum auf einkristallinen Substraten ist auf relativ kleine Flächen begrenzt, da sol- che Substrate nur bis zu einer sehr begrenzten Grö e zur Verfügung stehen. Zudem sind ein- kristalline Substrate sehr teuer und deshalb in vielen Fällen unwirtschaftlich. Ganz speziell ist es nicht möglich, Bänder aus Einkristallen herzustellen, welche die Voraussetzung für Strom- kabel oder gewickelte Magneten aus Hochtemperatursupraleitern sind.

In jüngster Zeit wurden verschiedene Wege gegangen, um die Beschränkung auf Ein- kristalle zu umgehen. Dabei erzeugt man durch geeignete Verfahren in dem Substrat selbst oder in einer Pufferschicht, die auf das Substrat abgeschieden wird, eine quasi einkristalline oder insbesondere biaxiale Textur. Das bedeutet, da die Kristallachsen des Substrates oder

ggf. der Pufferschicht mit einer gewissen Unschärfe, die im allgemeinen durch eine oder meh- rere Halbwertsbreiten charakterisiert wird, ausgerichtet sind. Auf dieses Substrat oder diese Pufferschicht wird dann in einem zweiten Schritt beispielsweise der Supraleiter heteroepitak- tisch aufgebracht. Dadurch erreicht man beispielsweise verbesserte supraleitende Eigenschaf- ten, wie z.B. die Erhöhung der kritischen Stromdichte. Diese ist umso grö er, je kleiner die Halbwertsbreite oder die Halbwertsbreiten der Pufferschicht sind. Es wurden u.a. vier wesent- liche Verfahren zur Erzeugung einer biaxialen Struktur veröffentlicht.

So wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem man in Nickelbändern durch mehrfaches Walzen und anschlie endes Rekristallisieren eine biaxiale Textur erzeugt (Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates: RABiTSO), wie in A. Goyal et al., APL 69, Seite 1795, 1996, veröffentlicht wurde. Auf diese Nickelbänder kann ein Supraleiter aber nicht direkt aufge- bracht werden, da Nickel aufgrund von Diffusions- und Oxidationsproblemen kein zur direk- ten Deposition des Supraleiters geeignetes Substrat darstellt. Deshalb wird durch eine kompli- zierte Schichtenfolge von epitaktisch darauf aufgewachsenen Pufferschichten eine Diffusions- barriere und eine für die Supraleiterdeposition geeignete Oberfläche erzeugt, auf der dann die Hochtemperatursupraleiterschicht epitaktisch aufwächst. Bei diesem Verfahren ist nachteilig, da Nickel aufgrund seiner mangelhaften Zugfestigkeit für viele Anwendungen ungeeignet ist.

Nachteilig ist auch der Ferromagnetismus des Nickels bei Anwendungen im Magnetfeld.

Bei der sogenannten "Ion Beam Assisted Depositon" (IBAD; ionenstrahlunterstützte Deposition) nach Y. Iijama et al., APL 60, Seite 769, 1992, wird die Pufferschicht während ihrer Deposition auf ein beliebiges Substrat unter einem schrägen Winkel mit niederenergeti- schen Ionen beschossen. Als Pufferschichtmaterial wird dabei meist Y203 stabilisiertes Zir- kondioxid (YSZ) verwendet. Mit diesem Verfahren lassen sich biaxial texturierte Schichten hoher Qualität herstellen, welche die Deposition von z.B. Supraleiterfilmen mit sehr guten Ei- genschaften ermöglichen. Allerdings ist der apparative Aufwand durch die Verwendung einer Ionenquelle gro , die Depositionsrate niedrig und die Depositionsfläche durch die Ionenquelle begrenzt. Diese Punkte sind kostenintesiv und lassen das IBAD-Verfahren für eine kommer- zielle Anwendung ungeeignet erscheinen.

Ein weiteres Verfahren ist die in K. Hasegawa et al., Proc. of ICEC 16, 1996, Ki- takyushu, Japan, und EP 669 411 A2 offenbarte Laserdeposition unter schrägen Winkeln (In- clined Substrate Deposition: ISD). Je nach Depositonsbedingungen stellt sich bei der Laserde- position auf ein nicht gekipptes Substrat eine Kristallachse senkrecht zur Substratoberfläche und damit parallel zur Depositionsrichtung. Kippt man nun die Substratnormale relativ zur Depositionsrichtung, folgt diese Kristall achse der Depositionsrichtung. Bei geeignetem Kipp- winkel orientiert sich zusätzlich eine zweite Kristallachse parallel zur Oberfläche und man er- hält die biaxiale Textur. Allerdings ist das Verfahren der Laserdeposition aufgrund der be-

grenzten simultan beschichtbaren Fläche weniger geeignet zur kostengünstigen, gro flächigen Beschichtung.

Auf eine ähnliche Weise wurden auch durch Aufdampfen von Aluminium aus resi- stiv geheizten Schiffchen eine biaxiale Textur in dünnen Metallschichten erzeugt (vgl. T.

Hashimoto et al., Thin Solid Films 182, 197, 1989). Es wurde während der Deposition ein Hintergrundsdruck von 4x185 mbar verwendet. Der Grad der Texturierung war allerdings schlecht. Des weiteren sind Metalle im allgemeinen und Aluminium im speziellen aufgrund von Diffusions- und Oxidationsproblemen und aufgrund mangelnder thermischer Stabilität keine zur direkten Deposition des Supraleiters geeigneten Substratmaterialien.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein gegenüber dem Stand der Technik ver- bessertes Schichtmaterial sowie vorrichtungs- und verfahrensmä ige Verbesserungen bei der Herstellung eines Schichtmaterials zu erreichen.

Dieses Ziel wird durch die in den Patentansprüchen 1, 5 und 9 angegebenen Merkma- le entsprechend eines Schichtmaterials sowie einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen eines Schichtmaterials erreicht.

Somit ist ein erfindungsgemä es Schichtmaterial mit der Reihe nach einem amor- phen oder polykristallinen Substrat, einer texturierten Pufferschicht und einer orientierten Dünnschicht dadurch gekennzeichnet, da zwischen der Pufferschicht und der Dünnschicht wenigstens eine Deckschicht enthalten ist.

Mit der mindestens einen Deckschicht nach der Erfindung wird erreicht, da herstel- lungsbedingte Lücken und Unebenheiten in der Pufferschicht ausgeglichen werden, so da die orientierte oxidische Dünnschicht entsprechend der für ihr Aufwachsen zur Verfügung stehen- den Oberfläche der Deckschicht eine hohe Qualität hat, die sich insbesondere in einer hohen kritischen Stromdichte ausdrückt, wenn es sich bei der orientierten Dünnschicht um eine oxi- dische Hochtemperatursupraleiter-Dünnschicht handelt. Aber auch für andere entsprechende Dünnschichten werden durch die Erfindung qualitativ verbesserte Schichtaufbauten erreicht.

Soweit vor- und nachstehend auf Hochtemperatursupraleiter Bezug genommen wird, ist dies nur exemplarisch zu verstehen. Ohne Einschränkungen eignet sich die Erfindung all- gemein auch für jegliche andere orientierte, vorzugsweise oxidische oder metallische Dünn- schicht, die insbesondere eine technische Funktionsschicht sein kann, wie neben einer bereits erwähnten Hochtemperatursupraleiterschicht, beispielsweise einer YBCO-Schicht, eine ferro- magnetische Schicht, einschlie lich eine solche ferromagnetische Schicht mit sog. "Giant Ma- gneto Resistance", oder eine ferroelektrische Schicht. Als weitere Möglichkeit kann eine Mehrzahl von orientierten Dünnschichten übereinander über der wenigstens einen Deck- schicht liegen.

Bevorzugt ist es, wenn das Material für die Pufferschicht unter einem Winkel of, W 0 zur Normalen auf der Substratoberfläche auf letztere aufgedampft wurde, und wenn vorzugs-

weise ferner das Material für die Deckschicht unter Depositionsbedingungen, die verschieden sind von denen sind, unter denen die Pufferschicht aufgebracht wurde, insbesondere unter an- derem Druck, anderer Temperatur, anderer Rate und/oder anderem Winkeln, w a,, vorzugs- weise °C2 < oti, bevorzugt °t2 = 0°, zur Normalen auf der Substratoberfläche, auf die Puffer- schicht aufgedampft wurde. Gemä weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungen kann die Puffer- schicht eine biaxiale Textur und/oder eine Facettierung aufweisen.

Vorzugsweise Materialien für die Pufferschichtund/oder wenigstens eine Deck- schicht enthalten Oxidmaterial, einschlie lich MgO, CeO2, Y203 stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ). Weiterhin kann vorgesehen sein, da das Substrat eine der orientierten Dünnschicht zugewandte, insbesondere polierte und/oder hitzebeständige Metall- oder Metallegierungs- oberfläche mit amorpher oder polykristalliner Struktur aufweist, wobei insbesondere das Substrat selbst und/oder die Oberfläche thermisch oxidiertes Silizium, eine Nickelbasislegie- rung, wie Hastelloy C, partiell Y203 stabilisiertes ZrO2 (PSZ), hitzebeständigen Edelstahl, Platin und/oder A1203, jeweils in polykristalliner oder amorpher Form, enthalten/enthält. Bei- spielsweise kann eine untexturierte Al203-Schicht die Oberfläche des Substrates bilden, wo- durch eine Art Schutzschicht geschaffen wird. Damit kann z.B. eine Diffusionssperrschicht, inklusive einer Oxidationssperrschicht, eine Glättungsschicht und/oder eine Schicht mit einem Haftvermittler in vorteilhafter Weise realisiert werden.

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen von Schichtmaterial, mit einer Vakuumkam- mer, in der Positioniereinrichtungen für ein Substrat und Pufferschichtmaterialabgabeein- richtungen zum Bilden einer Pufferschicht als Unterlage für eine orientierte oxidische Dünn- schicht auf dem Substrat so angeordnet sind, da Pufferschichtmaterial von den Pufferschicht- materialabgabeeinrichtungen unter einem Winkel a, + 0 zur Normalen auf der Substratober- fläche auf letztere aufdampfbar ist, wobei eine solche Vorrichtung nachfolgend als gattungs- gemä bezeichnet wird, kann das Ziel der Erfindung dadurch erreicht werden, da Deck- schichtmaterialabgabeeinrichtungen zum Bilden mindestens einer Deckschicht als Unterlage für die orientierte Dünnschicht auf der Pufferschicht und Einrichtungen vorgesehen sind, mit- tels denen das Material für die Deckschicht unter Depositionsbedingungen, die verschieden sind von denen, unter denen die Pufferschicht aufgebracht wurde, insbesondere unter anderem Druck, anderer Temperatur, anderer Rate und/oder anderem Winkel, auf die Pufferschicht auf- dampfbar ist, wobei ggf. insbesondere Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen relativ zu den Substratpositioniereinrichtungen so angeordnet sind, da Deckschichtmaterial unter einem Winkel °C2 $ al insbesondere 2 < ott, vorzugsweise ot2 O", zur Substratoberflächennorma- len auf der Pufferschicht aufbringbar ist.

Weitere vorrichtungsmä ige Realisierungen der Erfindung können alternativ oder zu- sätzlich zur vorstehenden Ausgestaltung Einrichtungen zum thermischen Verdampfen,, ins- besondere Elektronenstrahlverdampfen, oder reaktiven Verdampfen des Pufferschichtmateri-

als, ggf. des Deckschichtmaterials und/oder des Materials für die orientierte Dünnschicht ent- halten.

Zur Erreichung des der Erfindung zu Grunde liegenden Ziels kann ferner zusammen mit jeder der vorstehenden Ausgestaltungen oder alleine eine gattungsgemä e Vorrichtung derart weitergebildet werden, da der Winkel ot grö er, insbesondere geringfügig grö er als ein Winkel'3 ist, den eine Kristallachse des Pufferschichtmaterials mit der Substratoberflä- chennormalen einschlie t, wobei eine weitere Kristall achse des Pufferschichtmaterials parallel zur Substratoberfläche ist.

Ebenfalls geeignet zur Erreichung des Ziels der Erfindung ist eine andere Fortbildung der gattungsgemä en Vorrichtung, wobei im Bereich des Aufbringens des Pufferschichtmate- rials, ggf. des Deckschichtmaterials und/oder des Materials für die orientierte oxidische Dünn- schicht auf der jeweiligen Unterlage Einrichtungen zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines im Vergleich zur übrigen Vakuumkammer höheren Druckes vorgesehen sind. Diese Merkma- le können ggf. mit den vorstehenden Varianten kombiniert werden.

Statt oder zusätzlich zu oder im Rahmen der vorgenannten Drucküberhöhung können reaktive Materialien oder Komponenten, wie Radikale, Ionen, reaktivere Molekülverbindun- gen, als im Aufdampfmaterial vorhanden oder erwünscht, in einem Schichtbildungsbereich vorhanden sein.

Die reine Drucküberhöhung kann wegen der damit verbundenen Bereitstellung einer gro en Anzahl allgemein als quantitativer Lösungsansatz, und die reine Verwendung reaktiver Materialien oder Komponenten kann wegen der Bereitstellung aktiver Teilchen als qualitati- ver Lösungsansatz angesehen werden.

Bei einer Vorrichtung entsprechend der weiter oben definierten Gattung kann das Ziel der Erfindung ferner alternativ oder zusätzlich dadurch erreicht werden, da im Bereich des Aufbringens des Pufferschichtmaterials, ggf. des Deckschichtmaterials und/oder des Ma- terials für die orientierte oxidische Dünnschicht auf der jeweiligen Unterlage Einrichtungen zum Zuführen von beim Verdampfen des jeweiligen Materials/der jeweiligen Materialien flüchtigen Komponenten und/oder zur Erzeugung der Pufferschicht, ggf. Deckschicht und/oder orientierten oxidischen Dünnschicht erforderlichen Komponenten und/oder reaktive Komponenten in Gasform vorgesehen sind. Eine solche Materialzuleitung erfolgt insbesonde- re mittels eines o.g. Drucküberhöhungsbereiches. Dabei können neben oder statt dem Ersatz von beim Verdampfen flüchtigen Stoffen auch Stoffe verwendet werden, mittels denen ein re- aktives Verdampfen erreicht wird. Beispielsweise kann ein reines Metall verdampft werden und Sauerstoff im Rahmen der Drucküberhöhung zugefügt werden, so da eine Oxidschicht gebildet wird. Als ein weiteres Beispiel kann H, zugegeben werden, um bevorzugte Wachs- tumsrichtungen zu ändern. Allgemein ausgedrückt kann ein Surfactant zugeführt werden.

Weiterbildungen der vorstehend angegebenen erfindungsgemä en Vorrichtungen können umfassen: I. da ggf. die Substratpositioniereinrichtungen dazu ausgelegt sind, da das Substrat zumindest in einem ersten Schichtbildungsbereich (a) so gegenüber der Horizontalen schräg angeordnet ist, da Pufferschichtmaterial, das wenigstens ungefähr senkrecht zur Hori- zontalen von den Pufferschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem ersten Schicht- bildungsbereich unter einem Winkel ot O zur Normalen auf der Substratoberfläche auf das Substrat gelangt, oder (b) wenigstens annähernd parallel zur Horizontalen angeordnet ist, und die Pufferschichtmaterialabgabeeinrichtungen relativ zum ersten Schichtbildungsbereich so angeordnet sind, da Pufferschichtmaterial, das schräg zur Horizontalen von den Puffer- schichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem ersten Schichtbildungsbereich unter ei- nem Winkel ot X O zur Normalen auf der Substratoberfläche auf das Substrat gelangt, und/oder II. da ggf. die Substratpositioniereinrichtungen dazu ausgelegt sind, da das Substrat mit Pufferschicht zumindest in einem zweiten Schichtbildungsbereich (a) so gegen- über der Horizontalen schräg angeordnet ist, da Deckschichtmaterial, das wenigstens unge- fähr senkrecht zur Horizontalen von Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem zweiten Schichtbildungsbereich wenigstens annähernd unter dem Winkel ort2, bevorzugt °C2 ist , insbesondere 2 < s, vorzugsweise g = O", zur Normalen auf der Substratoberfläche auf die Pufferschicht auf dem Substrat gelangt, oder (b) wenigstens annähernd parallel zur Horizontalen angeordnet ist, und die Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen so angeordnet sind, und die Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen relativ zum zweiten Schichtbildungs- bereich so angeordnet sind, da Deckschichtmaterial, das schräg zur Horizontalen von den Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem zweiten Schichtbildungsbereich wenigstens ungefähr unter dem Winkel ot2 , bevorzugt °t2 $ ort1, insbesondere 2 < z, vorzugs- weise °52 - 0°, zur Normalen auf der Substratoberfläche auf die Pufferschicht auf dem Substrat gelangt.

Bei anderen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung kann vorgesehen sein, da die Substratpositioniereinrichtungen eine Substrathalterung für daran bewegliche Substrate und/oder eine Substratführung für band- oder kabelförmig kontinuierlich geförderte Substrate enthält.

Insbesondere können ggf. die Einrichtungen zum Erzeugen und Aufrechterhalten ei- nes im Vergleich zur übrigen Vakuumkammer höheren Druckes so angeordnet sein, um in ei- nem Schichtbildungsbereich oder in einem Bereich mit bereits gebildeter Schicht oder Teil- schicht einen gegenüber der übrigen Vakuumkammer erhöhten Druck aufrechtzuerhalten, wo- bei ggf. insbesondere ein mehrfaches Durchlaufen einer Drucküberhöhungseinrichtung

und/oder nacheinander ein Durchlaufen von mehreren Drucküberhöhungseinrichtungen mit dazwischenliegenden Aufdampfstationen vorgesehen ist.

Ferner ist es bevorzugt, wenn ggf. die Drucküberhöhungseinrichtung dazu ausgelegt sind, in einem Schichtbildungsbereich oder in einem Bereich mit bereits gebildeter Schicht oder Teilschicht einen Druck von zumindest annähernd2 5 x 104 mbar, insbesondere wenig- stens etwa 2 1 x 10-3 mbar gegenüber einem Druck von annähernd etwa S 1 x 10-4 mbar, vor- zugsweise < 2 x 10-5 mbar an der Quelle bereitzustellen.

Vorzugsweise sind die vorstehenden Vorrichtungen zum Herstellen von erfindungs- gemä em Schichtmaterial ausgelegt.

Das durch die Erfindung geschaffene Verfahren basiert auf den Schritten Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Substrat, indem Pufferschichtmaterial von Pufferschichtmaterialab- gabeeinrichtungen unter einem Winkel ot X O zur Normalen auf der Substratoberfläche auf letztere aufgedampft wird, und danach Aufdampfen einer orientierten Dünnschicht darauf.

Auf dieser Basis wird erfindungsgemä nach dem nach dem Aufdampfen der Puffer- schicht und vor dem Aufdampfen der orientierten Dünnschicht zumindest eine Deckschicht unter Depositionsbedingungen, die verschieden sind von denen sind, unter denen die Puffer- schicht aufgebracht wurde, insbesondere unter anderem Druck, anderer Temperatur, anderer Rate und/oder anderem Winkel ot2 t ort1, vorzugsweise 2 < s, bevorzugt ot2 O", zur Substratoberflächennormalen, und/oder so auf die Pufferschicht aufgedampft wird, da die Pufferschicht eine biaxiale Texturund/oder eine Facettierung aufweist Alternativ oder zusätzlich kann das Pufferschichtmaterial, das Deckschichtmaterial und/oder das Material für die orientierte oxidische Dünnschicht zum Aufbringen auf die je- weilige Unterlage thermisch verdampft, wie beispielsweise durch Elektronenstrahlverdamp- fen, oder reaktiv aufgebracht werden.

Weitere Varianten zur Erreichung des Ziels der Erfindung bestehen darin, da der Winkel ot grö er, insbesondere geringfügig grö er als ein Winkel ist, den eine Kristallach- se des Pufferschichtmaterials mit der Substratoberflächennormalen einschlie t, wobei eine weitere Kristallachse des Pufferschichtmaterials parallel zur Substratoberfläche ist.

Au erdem kann das erfindungsgemä e Verfahren zusätzlich zu den Basisschritten enthalten, da im Bereich des Aufbringens des Pufferschichtmaterials, ggf. des Deckschicht- materials und/oder des Materials für die orientierte oxidische Dünnschicht auf der jeweiligen Unterlage ein im Vergleich zu den übrigen Vakuumbedingungen höheren Druck vorliegt.

Schlie lich ist es auch möglich, das Ziel der Erfindung zu erreichen, indem im Be- reich des Aufbringens des Pufferschichtmaterials, ggf. des Deckschichtmaterials und/oder des Materials für die orientierte oxidische Dünn schicht auf der jeweiligen Unterlage beim Ver- dampfen des jeweiligen Materials/der jeweiligen Materialien flüchtige Komponenten und/oder zur Erzeugung der Pufferschicht, ggf. Deckschicht und/oder orientierten oxidischen

Dünnschicht erforderliche Komponenten und/oder reaktive Komponenten in Gasform zuge- führt werden/wird.

Hinsichtlich der Drucküberhöhung und/oder dem Vorhandensein bestimmter Mate- rialien oder Teilchen im Schichtbildungsbereich wird bezüglich der Möglichkeiten und Wir- kungen auf die entsprechenden Angaben weiter oben bei der Beschreibung der entsprechen- den Vorrichtungsmerkmale verwiesen.

Die genannten Verfahren können dadurch weitergebildet werden, da die orientierte Dünnschicht eine oxidische oder metallische Dünnschicht und/oder eine technische Funkti- onsschicht ist, wie insbesondere eine Hochtemperatursupraleiterschicht, vorzugsweise eine YBCO-Schicht, eine ferromagnetische Schicht, einschlie lich eine solche ferromagnetische Schicht mit sog. "Giant Magneto Resistance", oder eine ferroelektrische Schicht, und da be- vorzugt eine Mehrzahl von orientierten Dünnschichten übereinander über der wenigstens ei- nen Deckschicht aufgebracht wird.

Andere Fortbildungen des Verfahrens sehen vor, da die Pufferschichtund/oder we- nigstens eine Deckschicht Oxidmaterial, einschlie lich MgO, CeO2, Y203 stabilisiertes Zir- konoxid (YSZ), enthalten/enthält oder zumindest weitgehend aus diesen Materialien beste- hen/besteht, und/oder da das Substrat eine der orientierten Dünnschicht zugewandte, insbe- sondere polierte und/oder hitzebeständige Metall- oder Metallegierungsobeffläche mit amor- pher oder polykristalliner Struktur aufweist, wobei vorzugsweise das Substrat selbst und/oder die Oberfläche thermisch oxidiertes Silizium, eine Nickelbasislegierung, wie Hastelloy C, partiell Y203 stabilisiertes ZrO2 (PSZ), hitzebeständigen Edelstahl, Platin und/oder A1203, je- weils in polykristalliner oder amorpher Form, enthalten/enthält.

Mögliche Weiterbildungen der vorstehenden Verfahren können darin bestehen, da zum einen das Substrat zumindest in einem ersten Schichtbildungsbereich (a) so gegenüber der Horizontalen schräg angeordnet wird, da Pufferschichtmaterial, das wenigstens ungefähr senkrecht zur Horizontalen von Pufferschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem ersten Schichtbildungsbereich unter einem Winkel ot W O zur Normalen auf der Substratober- fläche auf das Substrat gelangt, oder (b) wenigstens annähernd parallel zur Horizontalen ange- ordnet wird und Pufferschichtmaterial relativ zum ersten Schichtbildungsbereich so aufge- dampft wird, da Pufferschichtmaterial, das schräg zur Horizontalen von Pufferschichtmate- rialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem ersten Schichtbildungsbereich unter einem Winkel oc, X O zur Normalen auf der Substratoberfläche auf das Substrat gelangt, und/oder da zum anderen das Substrat mit Pufferschicht zumindest in einem zweiten Schichtbildungsbereich (a) so gegenüber der Horizontalen schräg angeordnet wird, da Deckschichtmaterial, das we- nigstens ungefähr senkrecht zur Horizontalen von Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem zweiten Schichtbildungsbereich wenigstens annähernd unter dem Winkel ort2, bevorzugt ot2 X ot, insbesondere °'2 < ort!, vorzugsweise ot2 O", zur Normalen auf der

Substratoberfläche auf die Pufferschicht auf dem Substrat gelangt, oder (b) wenigstens annä- hernd parallel zur Horizontalen angeordnet wird und Deckschichtmaterial relativ zum zweiten Schichtbildungsbereich so aufgedampft wird, da Deckschichtmaterial, das schräg zur Hori- zontalen von den Deckschichtmaterialabgabeeinrichtungen aufsteigt, in dem zweiten Schicht- bildungsbereich wenigstens ungefähr unter dem Winkel ort2 , bevorzugt °C2 $ ort1, insbesondere a2 < (Xl, vorzugsweise °62 = O", zur Normalen auf der Substratoberfläche auf die Pufferschicht auf dem Substrat gelangt.

Weiterhin ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung möglich, da insbesondere band- oder kabelförmiges Substratmaterial kontinuierlich gefördert wird, oder da ein Substrat beweglich angeordnet ist.

Es kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, da ggf. in einem Schicht- bildungsbereich oder in einem Bereich mit bereits gebildeter Schicht oder Teilschicht ein ge- genüber den übrigen Vakuumbedingungen erhöhter Druck erzeugt oder aufrechterhalten wird, wobei insbesondere ein mehrfaches Durchlaufen einer Drucküberhöhungseinrichtung und/oder nacheinander ein Durchlaufen von mehreren Drucküberhöhungseinrichtungen mit dazwischenliegenden Aufdampfstationen erfolgt.

Weitere Alternativen oder Kombinationen zu bzw. mit vorstehenden Varianten kön- nen bei einem erfindungsgemä en Verfahren dadurch erreicht werden, da ggf. in einem Schichtbildungsbereich oder in einem Bereich mit bereits gebildeter Schicht oder Teilschicht ein Druck von zumindest annähernd 1 5 x 104 mbar, insbesondere wenigstens etwa > 1 x 10-3 mbar gegenüber einem Druck von annähernd etwa < 1 x 10-4 mbar, vorzugsweise 5 2 x 10-5 mbar an der Quelle bereitgestellt wird.

Vorzugsweise dienen die Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von eingangs angegebenen Schichtmaterial.

Bei dem Schichtmaterial sowie der Herstellungsvorrichtung und dem Herstellungs- verfahren für Schichtmaterial wird eine einfache und schnelle, d.h. kostengünstige Herstellung von texturierten Pufferschichten für die Supraleiterbeschichtung ermöglicht. Zudem können die Puffer- und Deckschichten auch gro flächig und kontinuierlich aufgebracht werden. Des weiteren kann die Textur einer biaxial texturierten Oberfläche auf den Supraleiter übertragen werden.

Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und deren Kombinationen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Methode des schrägen Aufdampfens, Fig. 2 eine Orientierung von MgO-Schichten, die durch schräges Bedampfen herge- stellt wurden,

Fig. 3 eine Orientierung von CeO2-Schichten, die durch schräges Bedampfen herge- stellt wurden, Fig. 4 schematisch eine Anordnung zur Beschichtung auf ein bewegtes Substrat, Fig. 5 ein Schema einer Anordnung zum simultanen Aufbringen mehrerer Schichten auf ein Band mit einer Quelle, Fig. 6 die Intensität der (111), (200), (220) Röntgenbeugungsreflexe von CeO2-Schichten, die senkrecht bei verschiedenen Substrattemperaturen aufgedampft wurden, Fig. 7 ein Schema einer betrachteten Ausgangslage bei der Deposition auf unter- schiedlich verkippte Kristalle, Fig. 8 schematisch die Situation von Fig. 7 nach einer gewissen Depositionsdauer, Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausgangssituation mit unterschiedlich ge- kippten Kristallen, Fig. 10 die Wirkung einer Abscheidung über eine gewisse Dauer auf die Ausgangssi- tuation von Fig. 9 im Schema, Fig. 11 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Schichtmaterials, Fig. 12 eine REM-Aufnahme einer Deckschicht aus MgO, Fig. 13 eine REM-Aufnahme einer YBCO-Schicht auf der Deckschicht von Fig. 12, Fig. 14 eine Polfigur der in der Fig. 13 dargestellten YBCO-Schicht, und Fig. 15 eine REM-Aufnahme einer YBCO-Schicht direkt auf einer Pufferschicht.

Zur Deposition der Schichten wird in einer Vakuumanlage die Methode des thermi- schen Verdampfens im allgemeinen verwendet. Bei dem thermischen Verdampfen wird das Verdampfungsmaterial durch Erhitzen verdampft. Das Erhitzen wird z.B. dadurch erreicht, da ein sogenanntes Schiffchen durch elektrischen Strom resistiv beheizt wird. Das Verdamp- fungsmaterial, das in dem Schiffchen liegt wird dadurch soweit erhitzt, da es verdampft.

Ein anderes Verfahren des thermischen Verdampfens ist die Elektronenstrahlver- dampfung, die im folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit beschrieben wird (siehe Fig. 1). Dazu wird in einer Vakuumkammer (nicht gezeigt) ein hochenergetischer Elektronen- strahl 1 auf das Verdampfungsmaterial (Target) 2 geschossen, wodurch dieses erhitzt wird und verdampft, wie durch die Pfeile 3 verdeutlicht ist. Als Verdampfungsmaterialien können reine Metalle oder Verbindungen verwendet werden. Im speziellen Beispiel werden MgO oder CeO2 als Targetmaterial verwendet. Das zu bedampfende Substrat 4 ist über dem Target 2 an- gebracht und kann mittels eines Heizers 5 auf die erforderlichen Temperaturen gebracht wer- den. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist in der Fig. 1 als Heizer 5 ein Block dargestellt, auf den das Substrat 4 geklemmt ist und der auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt wird.

Es sind auch andere Anordnungen möglich, wie z.B. eine indirekte Strahlungsheizung. Statt

einer Heizung kann ferner zur Kühlung des Substrates und entsprechenden Beeinflussung der Depositionsbedingungen eine Kühlung vorgesehen sein.

Das Substrat 4 ist so befestigt, da die Substratnormale und die Verbindungslinie zwischen dem Substrat 4 und dem Target 2 einen Winkel einschlie en. Der Winkel ot steht dabei entweder für den Winkel ot1, unter dem Pufferschichtmaterial aufgedampft wird, oder für den Winkel ort2, unter dem Deckschichtmaterial aufgedampft wird.

Die Anordnung hat somit allgemein zur Folge, da das verdampfte Material unter un- gefähr einem Winkel ot auf die Oberfläche trifft. Da der Auftreffwinkel des verdampften Puf- fermaterials auf die Oberfläche die weiter unten beschriebene biaxiale Textur bewirkt, mu das Substrat nicht, wie in Fig. 1 gezeichnet ist, vertikal direkt über dem Target angebracht sein, sondern kann auch seitlich versetzt angeordnet werden.

Es kann Gas in der Nähe des Substrates 4 eingelassen werden. Bei der Deposition von Oxiden kann z.B. Sauerstoff als reaktives Gas eingelassen werden, um die gewünschte Oxitationsstufe zu erhalten oder es kann bei der Verdampfung des reinen Metalls vom Target 2 durch Zugabe von Sauerstoff am Substrat 4 eine Metalloxidschicht hergestellt werden.

Der für die Schichtherstellung notwendige Druck am Substrat 4 von ca. lx10-3 mbar ist so gro , da beim Einla einer entsprechenden Gasmenge als Hintergrundsdruck, das vom Target 2 abdampfende Material innerhalb von wenigen Zentimetern gestreut wird. Dies führ- te, wenn in der Vakuumkammer insgesamt ein solcher Druck herrschen würde, zu einer dra- stischen Erniedrigung der Aufdampfrate und zum Verlust der Richtcharakteristik des Dampf- strahls. Beides würde die Herstellung von gut biaxial texturierten Schichten verhindern. Über- dies ist der Betrieb der Quelle in diesem Druckbereich bei der Verwendung von reaktiven Ga- sen im allgemeinen und Sauerstoff im speziellen nicht mehr möglich. Deshalb ist im allgemei- nen eine Drucküberhöhung am Substrat 4 vorzuziehen.

Zur Drucküberhöhung wird im speziellen das Substrat 4 mit einem Käfig 6 umgeben in den das entsprechende Gas gemä dem Pfeil 7a durch einen entsprechende Leitung 7 einge- lassen wird. Das Substrat 4 wird durch eine Öffnung 6a im Boden des Käfigs 6 bedampft. Zu- sätzlich kann durch partielles Pumpen, das durch eines oder mehrere Trennbleche 8 und ent- sprechende Anordnung der Vakuumpumpen (nicht gezeigt) erreicht wird, ein Druckgradient zwischen Target 2 und Substrat 4 eingestellt werden, so da der Partialdruck des reaktiven Gases an der Quelle und zwischen Target 2 und Substrat 4 weiter erniedrigt wird.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung stellt nur eine Möglichkeit der Druck- überhöhung dar. Prinzipiell können auch alle anderen in der Technik üblichen Verfahren oder Vorrichtungen verwendet werden, die mit diesem Verfahren kompatibel sind.

Weitere Möglichkeiten zur Anordnung von Aufdampfmaterialquellen, Substrat und Drucküberhöhungsbereichen sind in den älteren Anmeldungen DE 196 31101.1 sowie DE 196 80 845.6 (entspricht der PCT/DE 96/02096) angegeben, deren Offenbarungsgehalte

durch diese Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen sind.

Die hieraus entnehmbaren Beispiele betreffen jeweils Varianten, bei denen eine Drucküberhö- hung zusammen mit einer zeitlichen Trennung der Oxidation und der Beschichtung realisiert wurde. Hierzu wird eine stationäre (DE 196 80 845.6) oder bewegliche (DE 196 31 101.1) Sauerstofftasche zumindest weitgehend abgedichtet an einem insbesondere beweglichen Substrat gehalten, so da Bereiche, in denen ein Aufdampfen erfolgte anschlie end von der Sauerstofftasche abgedeckt werden. Dies ermöglicht die Drucküberhöhung und Gaszufuhr auch ohne Beeinflussung des Aufdampfens selbst.

Ohne Einschränkungen kann das schräge Aufdampfen auch statt mit einem schräg zu den Aufdampfmaterialquellen angeordneten Substrat auch so realisiert werden, da die Auf- dampfmaterialquellen jeweils in geeigneter Weise seitlich versetzt vom Schichtbildungsbe- reich auf dem Substrat angeordnet sind, so da nicht das vertikal aufsteigende Material, son- dern seitlich von den Aufdampfmaterialquellen wegdampfendes Material unter dem ge- wünschten Winkel auf das Substrat trifft. Bei einem in einer horizontalen Ebene bewegten Substrat kann so durch unmittelbar aneinander anschlie ende Schichtbildungsbereiche für die Pufferschicht und jede Deckschicht zu deren Bildung jeweils ein anderer Winkel eingestellt sein. Anders ausgedrückt nutzt man, wenn z.B. die Pufferschicht und die Deckschichten aus denselben Materialien gebildet werden, da zunächst unter einem Winkel ot, auftreffender Dampf auf einen seitlich der Aufdampfmaterialquelle für das Pufferschichtmaterial liegenden Schichtbildungsbereich trifft und dann gleich anschlie end unter einem Winkel °C2 < a, auf- treffender Materialdampf auf einen weniger seitlich der Aufdampfmaterialquelle für das Deckschichtmateri al (identisch dem Pufferschichtmaterial) liegenden Schichtbildungsbereich trifft. Ggf. kann ein Zwischenbereich zwischen zwei Schichtbildungsbereichen durch Blenden abgedeckt sein.

Die Methode des thermischen Verdampfens und speziell des thermischen Verdamp- fens durch Elektronenstrahlen hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Verfahren zur Schichtherstellung, wie z.B. der aus dem Stand der Technik bekannten Laserablation (siehe EP 669 411 A2). Durch die zur Verfügung stehende hohe thermische Heizleistung beim ther- mischen Verdampfen können sehr hohe Aufdampfraten im kontinuierlichen Betrieb erreicht werden. Diese sind notwendig für die Ausrichtung der Schichten, wie unten näher erklärt ist.

Des weiteren ist der Abstand vom Target zum Substrat prinzipiell nicht beschränkt, so da gro e Flächen simultan beschichtet werden können. Das Nachfüllen des Targetmaterials ist problemlos möglich, da dieses einfach z.B. in einen Verdampfungstiegel gefüllt wird. Dies ist mit Hilfe von automatischen Nachfülleinrichtungen auch im Vakuum möglich. Damit ist eine kontinuierliche Beschichtung gro er Flächen möglich, ohne das Vakuum unterbrechen zu müssen. Die oben genannten Vorteile des thermischen Verdampfens tragen zur Wirtschaft- lichkeit des Verfahrens bei und sind bei anderen Depositionsverfahren nicht gegeben.

Deponiert man mit der oben beschriebenen Anordnung auf ein gekipptes Substrat un- ter bestimmten Depositionsbedingungen wie Depositionsrate, Kippwinkel ot1, Substrattempe- ratur, Partialdruck und Gasart, so erhält man eine Schicht des Depositionsmaterials (Puffer- schicht), die in einer gewissen Weise texturiert ist. Bei anders gewählten Depositionsbedin- gungen erhält man anders texturierte Schichten.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, da man, um z.B. eine bia- xiale Textur in Metalloxidschichten zu erzeugen, die oben genannten Depositionsbedingun- gen, im speziellen Depositionsrate, Substrattemperatur, Partialdruck und Gasart, derart wäh- len kann, da eine Facettierung der aufwachsenden Mikrokristallite auftritt. Unter Facettie- rung wird verstanden, da die Oberfläche der Kristallite der aufgebrachten Schicht im we- sentlichen aus in etwa ebenen Flächen besteht, die meist niedrig indizierte Kristallflächen dar- stellen (z.B. { 100}, I110), { 111 }), die auch leicht verkippt sein können (Vizinalflächen). Die Facettierung wird im speziellen dadurch erreicht, da ein genügend hoher Druck eines geeig- neten Gases oder Gasgemisches am Substrat herrscht und da eine ausreichend hohe Depositi- onsrate benutzt wird. Ist dies der Fall, so wird eine biaxiale Textur bereits bei sehr kleinen Winkeln al ab typischerweise 10° erreicht.

Der Mechanismus der Texturbildung lä t sich folgenderma en verstehen. Deponiert man unter diesen Depositionsbedingungen auf ein um den Kippwinkel oc, gekipptes Substrat, so werden diejenigen Kristallite mit der höchsten lokalen Rate bedampft, deren oberste Facet- te eine Oberflächennormale aufweist, die ungefähr in Depositionsrichtung zeigt. Diese Kri- stallite wachsen demzufolge am stärksten. Durch die gegenseitige Abschattung bei schräger Deposition und einer gerichteten Deposition wird bereits eine Kristallachse ausgerichtet oder ausgezeichnet. Unter einer gerichteten Deposition versteht man im vorliegenden Fall, da die auftreffenden Atome/Moleküle einen Impuls mit einer Lateralkomponente haben, die zu einer Vorzugsrichtung der Diffusion führt. Zusätzlich führt eine anisotrope Wachstumsgeschwin- digkeit zu der Ausrichtung der zweiten Achse. Damit erhält man biaxial texturierte dünne Schichten. Die Qualität der biaxialen Textur nimmt aufgrund der Wachstums selektion durch Abschattung mit zunehmender Schichtdicke zu.

Die Textur lä t sich im allgemeinen folgenderma en beschreiben. Eine Kristallachse [hkl] (z.B. l00]) stellt sich mehr oder weniger in Depositionsrichtung ein. Weitere entspre- chend der Kristallsymmetrie äquivalente Kristallachsen (z.B. [010], [001]) stellen sich in etwa parallel zur Oberfläche (Fig. 2) ein. Welche äquivalenten Kristallachsen auf diese Weise aus- gezeichnet sind, ist von dem Depositionsmaterial und den Depositionsparametern abhängig.

Das hat zur Folge, da sich z.B. bei MgO als Pufferschichtmaterial die [0-1 1] Richtung (oder analog die [01-1] Richtung) parallel zur Substratoberfläche und senkrecht zur Kristallachse [hkl], z.B. [100], und damit mehr oder weniger in Depositionsrichtung einstellt.

Im Gegensatz dazu beobachtet man bei der Deposition auf nicht (oe, = 0°) oder nur wenig verkippte Substrate eine andere Orientierung der (Puffer-) Schicht (Wachstumsregime II). Je nach den gewählten Depositionsbedingungen richtet sich eine bestimmte Kristallachse <hkl> in Normalenrichtung aus. Diese Kristallachse ist nicht notwendigerweise die, welche in Wachstumsregime I in der oben beschriebenen Art und Weise ausgezeichnet ist. Der Wechsel von Wachstumsregime I zu Wachstumsregime II erfolgt bei sonst unveränderten Depositions- bedingungen ab einem bestimmten Kippwinkel bzw. ab einer bestimmten Depositionsrate, wobei auch ein Übergangsbereich mit Anteilen des Wachstumsregimes I und des Wachstums- regimes II auftreten kann. Depositionsparameter, wie Druck und Substrattemperatur, beein- flussen den Übergang. Damit unterscheidet sich dieses Verfahren wesentlich von der oben er- wähnten Methode der Laserablation auf ein verkipptes Substrat (ISD), da sich bei dieser im- mer, d.h. auch bei senkrechter Deposition, eine bestimmte Kristallachse in etwa in Depositi- onsrichtung stellt (vgl. EP 669 411 A2).

Der oben beschriebene Mechanismus ist von grundlegender Natur, so da z.B. bia- xial orientierte Schichten grundsätzlich mit vielen Materialien erzeugt werden können. Dabei wird durch die Wahl entsprechender Depositionsparameter eine Facettierung der aufwachsen- den Mikrokristallite erreicht. Weiter unten werden konkrete Daten für Beispiele mit MgO und CeO2 angegeben.

Durch geeignete Wahl der Depositionsparameter lä t sich, wie oben beschrieben wurde, z.B. mit MgO eine biaxial texturierte Pufferschicht erzeugen, die beispielsweise eine für YBCO geeignete Kristallorientierung aufweist. Diese ist dadurch ausgezeichnet, da die [100] Kristallachse des Puffers möglichst wenig aus der Substratnomalen gekippt ist und die biaxiale Textur möglichst gut ist.

Bei der direkten Deposition eines Supraleiters auf oben beschriebene MgO-Puffer- schichten wächst dieser aufgrund einer ungenügenden Kristallinität der Oberfläche und auf- grund der gro en Porösität der Pufferschicht nicht epitaktisch auf.

Deshalb werden vor der Deposition des Supraleiters zusätzlich eine oder mehrere weitere Deckschichten epitaktisch auf die bereits vorhandene biaxial texturierte Pufferschicht aufgebracht. Diese weiteren Schichten bestehen im allgemeinen aus einem beliebigen für die Deposition des Supraleiters geeigneten Material. Im speziellen Beispiel wurde MgO verwen- det. Durch geeignete Wahl des Materials und der Depositionsbedingungen, wie u.a. Rate, Substrattemperatur, Kippwinkel °C2 wird eine für das Wachstum der Supraleiterschicht geeig- netere Oberfläche erzeugt. Im speziellen können durch senkrechte Deposition (X2 = 0 oder De- position unter kleinen Kippwinkeln °(2 des Pufferschichtmaterials als Deckschicht die Poren in der Pufferschicht geschlossen werden, so da diese eine bessere Diffusionsbarriere zwi- schen z.B. Supraleiter und Substratmaterial darstellt und eine geschlossene Oberflächen- schicht resultiert. Diese zusätzliche Deckschicht oder Deckschichten kann/können in dersel-

ben oder einer anderen Beschichtungsanlage hergestellt werden. Von Vorteil ist die Beschich- tung ohne das Substrat zwischenzeitlich der Umgebungsluft auszusetzen, da dies zur Degrada- tion der Puffer- und Deckschichten führen kann.

Die oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer biaxial texturierten Puffer- schicht und zur Herstellung von Deckschichten auf dieser Pufferschicht können, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, so ausgeführt werden, da das Substrat 4 gegenüber dem Target 2, in einer oder zwei Richtungen gemä den Pfeilen B bewegt wird, was eine kontinuierliche Beschich- tung eines gro flächigen oder bandförmigen Substrates ermöglicht. Dabei wird die zu be- schichtende Fläche durch eine entsprechende Blende 9 auf den gewünschten Bereich einge- schränkt, damit der Winkel a (entsprechend der jeweils gerade aufzubringenden Puffer- oder Deckschicht al bzw. ort2) hinreichend genau definiert werden kann.

Es ist im allgemeinen auch möglich, parallel mehrere Substrate oder Substratteile zu beschichten. Ohne Beschränkung der vielen möglichen Anordnungen ist ein Ausführungsbei- spiel in Fig. 5 gezeigt. Dazu werden im allgemeinen an verschiedenen Orten der Vakuumkam- mer Schichten durch Verdampfen von einer einzigen Quelle 2 hergestellt. Im speziellen kann ein bandförmiges Substrat 4 nacheinander zu verschiedenen Beschichtungsorten 12a (Puffer- schichtaufbringung), 12b bis 12c (Aufbringung von Deckschichten) transportiert werden. Da- bei kann unter Ausnutzung der gesamten Dampfausbreitungskeule (dargestellt durch die Pfei- le 3) durch Variation des Abstandes oder Richtung zur Targetoberflächey die gewünschte Rate und durch Variation der lokalen Heizleistungen der Heizer 5a bis Sc die gewünschten Temperaturen gewählt werden. An den verschiedenen Beschichtungsorten kann das Substrat 4 mit unterschiedlichen Depositionswinkeln (beispielsweise ist nur an der Aufdampfstelle 1 2a der Winkel ot gezeigt, wobei aus der Darstellung in der Fig. 5 ersichtlich ist, da das Substrat 4 an den anderen Aufdampfstellen 12b und 12c unter anderen Winkeln zum Target 2 steht) beschichtet werden. Somit ist im speziellen bei einem Bandmaterial die Herstellung von meh- reren Schichten als Pufferschicht und Deckschichten des selben Materials auf einem Band während eines Beschichtungsprozesses möglich.

Zum anschlie enden Aufbringen von dünnen Schichten eines Hochtemperatursupra- leiters im allgemeinen und YBCO im speziellen, können prinzipiell alle gängigen Verfahren der Dünnschichtherstellung, die mit dem Substratmaterial kompatibel sind, verwendet wer- den. Als Verfahren seien genannt das thermische Koverdampfen, die Laserablation, Hoch- und Niederdruckzerstäuben oder MOCVD.

Das thermische Koverdampfen ist zur gro flächigen Deposition bei hohen Raten ge- eignet und wird im folgenden kurz beschrieben. Man bringt das Substrat mit der Pufferschicht und ggf. den Deckschichten in eine geeignete Vakuumkammer (nicht gezeigt). Von Vorteil ist auch hier die Beschichtung ohne das Substrat zwischenzeitlich der Umgebungsluft auszuset- zen, da diese zur Degradation der Pufferschicht bzw. ggf. Deckschicht führen kann. Im Fall

des thermischen Koverdampfens von YBCO werden anschlie end die Metalle Y, Ba und Cu aus resistiv geheizten sogenannten Schiffchen unter Regelung der Aufdampfrate verdampft.

Das Substrat befindet sich über den Verdampferquellen und wird auf Temperaturen von ca.

680"C geheizt. Bei genügend hohem Sauerstoffdruck am Substrat und der korrekten Stöchio- metrie der Metalle wächst dann YBCO auf der Pufferschicht auf.

Die Puffer- und ggf. Deckschichtherstellung und HTSL-Beschichtung auf Substraten und insbesondere Bändern kann auch in demselben Durchlauf in derselben Beschichtungs- kammer erfolgen, indem getrennte Verdampferquellen für Pufferschicht, ggf. Deckschichten und HTSL verwendet werden. Die Schichtdicken können dabei durch Wahl der Verdamp- fungsrate, durch Blenden oder durch den Abstand Quelle-Substrat aufeinander, bzw. auf die Durchlaufgeschwindigkeit des Substrates abgestimmt werden.

Die Bezeichnung der Kristallrichtungen und Ebenen erfolgt mit Hilfe der Millerschen Indizes h, k und 1. Dabei bezeichnet [hkl] eine bestimmte Kristallachse, <hkl> alle aufgrund der Kristallsymmetrie äquivalenten Kristallachsen, (hkl) eine bestimmte Kristallebene, und (hkl alle aufgrund der Kristallsymmetrie äquivalenten Kristallebenen.

Beispiele 1. MgO Einfachschichten: Es wurden Schichten aus MgO auf SiO2/Si (thermisch oxidiertes Silizium) - Substrat durch Elektronenstrahlverdampfen hergestellt. Die Wachstumsrate betrug zwischen 20 und 40 A/s. Der Partialdruck von O2 am Substrat betrug ca. lx10-3 mbar. Die Substrattemperatur wurde zwischen Raumtemperatur und 710°C variiert.

Bei einem genügend gro em Kippwinkel ot beobachtet man die in Fig. 2 gezeigte Orientierung der aufgedampften Schicht (Wachstumsbereich I). Die [100] Achse liegt in der Ebene, die von der Substratnormale und der Depositionsrichtung aufgespannt wird und schlie t den Neigungswinkel mit der Substratnormalen ein. Die [010] und [001] Achsen sind ausgerichtet und zeigen so nach oben, da die [011] Richtung ebenfalls in der oben ge- nannten Ebene liegt. Diese Ebene stellt die (0-11) Kristallebene dar, oder anders ausgedrückt, die [0-11] Kristallachse liegt somit parallel zur Substratoberfläche und senkrecht zur [100] Achse. Die Qualität der biaxialen Textur wurde mit Hilfe von Röntgen-Polfigurmessungen des MgO-(200)-Reflexes bestimmt. Als Ma für die einkristalline Güte der Schichten ist die Halbwertsbreite Q der [010] bzw. [001] Reflexe senkrecht zur [100] Richtung angegeben.

Durch Variation der Depositionsparameter Beschichtungsrate, Substrattemperatur, Sauerstoffpartialdruck am Substrat und Aufdampfrichtung oder Kippwinkel oc, des Substrats

lassen sich der Neigungswinkel und die Halbwertsbreite Q in einem weiten Bereich variie- ren. Im folgenden werden ausgewählte Abhängigkeiten gezeigt.

Tabelle 1: Winkel und Halbwertsbreite Q von MgO Schichten, die bei einem Kipp- winkel a, von 55° und verschiedenen Substrattemperaturen hergestellt wurden. Temperatur | Q 25 °C 38° 8° 300 °C 30° 12° 530 °C 24° 25° Tabelle 2: Neigungswinkel'3 und Halbwertsbreite # von MgO Schichten, die bei ei- ner Substrattemperatur von 300°C bei verschiedenen Kippwinkeln ot hergestellt wurden. a Q 20° 19° > 40° 30° 17,5° 40° 40° 20,5° 20° 55° 30° 12° Bei einem festen Kippwinkel von al = 55° sind der Neigungswinkel und die Halb- wertsbreite # von der Substrattemperatur derart abhängig, da bei steigender Substrattempe- ratur der Neigungswinkel abnimmt und die Halbwertsbreite Q zunimmt, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist.

Ebenso wurde bei wachsendem Kippwinkel α1 eine Zunahme des Winkels und eine Abnahme der Halbwertsbreite Q gemessen, wie in der Tabelle 2 gezeigt.

Die Halbwertsbreite Q verkleinert sich mit zunehmender Schichtdicke wie in der Ta- belle 3 gezeigt. Der Neigungswinkel zeigt dagegen keine Abhängigkeit von der Schichtdik- ke.

Tabelle 3: Neigungsinkel und Halbwertsbreite Q von MgO Schichten in Abhän- gigkeit von der Schichtdicke. Die Schichten wurden bei einer Substrattemperatur von 300°C und einem Kippwinkeln a, = 35° hergestellt. Temperatur Q 80 25° 60° 160 27° 45" 325 26° 24° 625 22° 12" 1.265 23° 8" Bei der Deposition auf ein ungefähr senkrechtes Substrat (α1 = 0") richtet sich bei Substrattemperaturen von Raumtemperatur bis 530" C die <111> Achse senkrecht zur Ober- fläche aus. Das entspricht dem Wachstumsbereich II. Das hei t, da bei senkrechter Depositi- on die <111> - Achse ausgezeichnet ist. Bei einer Substrattemperatur ca. 700°C wurde poly- kristallines Wachstum ohne Vorzugsorientierung beobachtet.

2. YBCO auf MgO Puffer-/Deckschichtpaketen: Die oben beschriebenen biaxial texturierten MgO Schichten eigen sich beispielsweise als Pufferschichten auf polykristallinen oder amorphen Substraten zur Deposition von HTSL- Dünnschichten im allgemeinen und YBCO im speziellen. Als Substratmaterial wurde polier- tes, polykristallines, partiell Y203 stabilisiertes ZrO2 (PSZ) verwendet. Auf dieses polykri- stalline Substrat wurden aufeinander eine Pufferschicht und dann zwei Deckschichten (MgOl bis MgO3) und die YBCO-Schicht aufgebracht.

Die erste Pufferschicht aus MgO (MgOl) wird mit dem oben beschriebenen Verfah- ren des schrägen Aufdampfens hergestellt. Für Supraleiterschichten mit hohen kritischen Stromdichten jc mu diese Pufferschicht eine kleine Halbwertsbreite Q und einen kleinen Nei- gungswinkel aufweisen. Dieses erreicht man mit dicken Schichten, die bei kleinem Kipp- winkel ot aufgedampft werden. Es wurden deshalb Kippwinkel von oc, = 15° und ot = 25° verwendet. Die Substrattemperatur betrug 25"C, der Sauerstoffdruck am Substrat war etwa 1 x 10-3 mbar und die Aufdampfrate in Substratnormalenrichtung 4 nm/s. Es wurde eine Schichtdicke von ca. 2 llm aufgebracht.

Anschlie end wird das Substrat waagerecht (α2 = O") in einen Heizer eingebaut und auf 700°C im Vakuum aufgeheizt. Es erfolgte die Deposition von zwei Deckschichten aus MgO, im weiteren MgO2 und MgO3 genannt, auf die bereits vorhandene Pufferschicht (MgO 1). Für die Schicht MgO2 werden 500 nm mit 0,5 nm/s deponiert. Anschlie end wur-

den 100 nm mit 0,1 nm/s für die Schicht MgO3 aufgedampft. Die Schichten MgO2 und MgO3 wachsen epitaktisch auf MgO 1. Sie schlie en die Spalten in dieser Schicht, die durch die schräge Deposition entstanden, und erzeugen eine für das epitaktische Wachstum von YBCO geeignete Oberfläche. Zur Bestimmung der Textur der Puffer- und Deckschichten wurden Polfiguren des (200)-Reflexes von des MgO-Schichtpaketes (MgO 1, MgO2 und MgO3) angefertigt. Die damit bestimmten Werte für die Halbwertsbreite Q und den Nei- gungswinkel sind in Tab. 4 gezeigt.

Tabelle 4: Ergebnisse der Deposition von YBCO auf MgO-Puffer- und Deckschicht- paketen Probe Kipp- Neigungswinkel der Halbwertsbreite Q Jc (77K) Nr. winkel oc, MgO- Schichten der MgO-Schichten in A/cm2 1 15° 19° 10° 2,8 x 105 2 25° 25° 7O 1,4 x 105 Zuletzt wurde die Supraleiterschicht mit dem Verfahren des thermischen Kover- dampfens aufgebracht. Die Substrattemperatur betrug 680 "C und der Sauerstoffpartialdruck am Substrat betrug ca. 7 x 10-3 mbar. Die Schichtdicke betrug 550 nm. Die Orientierung der Supraleiterschicht ist folgenderma en. Die [001] Achse des Supraleiters richtet sich in etwa parallel zu der [100] Achse des MgO-Puffers. Die [100] und [010] Achsen (a- bzw. b- Achse) des YBCO sind parallel zu den in etwa in der Substratebene liegenden [010]- und [001]-Achsen des MgO.

Die so hergestellten Supraleiterschichten wiesen kritische Stromdichten über 0. 1 MA/cm2 bei 77 K auf, bei einem maximalen j, von 0.28 MA/cm2 (siehe Tabelle 4). Dieser Wert liegt mehr als eine Grö enordnung über der kritischen Stromdichte von YBCO-Filmen auf untexturiertem Substrat. Es wurde also eine deutliche Erhöhung der kritischen Stromdich- te erreicht.

3. CeO2: Es wurden Schichten aus CeO2 auf Substraten aus SiO2/Si und der Nickelbasislegie- rung Hastelloy C8 durch Elektronenstrahlverdampfen hergestellt. Die Wachstumsrate betrug 40 A/s. Der Partialdruck von O2 am Substrat betrug 4 x 10-4 mbar.

Tabelle 5: Neigungswinkel P und Halbwertsbreite Q von CeO2 Schichten, die bei verschiedenen Substrattemperaturen hergestellt wurden. Temperatur Q 1250C 60° 16° 230 "C 60° 19° 440 "C 55" 29° 560 "C 48" 50° Bei der Deposition auf ein um den Winkel oc, = 55" verkipptes Substrat sind die Puf- fer- und Deckschichten, wie in Fig. 3 gezeigt ist, orientiert (Wachstumsbereich I). Die [111] Achse liegt in der Ebene, die von der Substratnormale und der Depositionsrichtung aufge- spannt wird und schlie t den Neigungswinkel Damit der Substratnormalen ein. Die [-111] Achse liegt ebenfalls in dieser Ebene, zeigt aber in etwa in Substratnormalenrichtung. Die [-1-11] und [-11-1] Achsen sind ausgerichtet und zeigen dementsprechend nach oben. Die [0-11] Kristallachse liegt dabei parallel zur Substratoberfläche und senkrecht zur [111] Achse.

Die Qualität der biaxialen Textur wurde mit Hilfe von CeO2-(l 11) Polfigurmessungen be- stimmt.

Als Ma für die einkristalline Güte der Schichten ist die Halbwertsbreite Q der [-1-11] und [-11-l] Reflexe in der Substratebene in der Tabelle 5 angegeben. Die Halbwerts- breite Q nimmt mit zunehmender Depositionstemperatur zu, gleichzeitig nimmt der Kippwin- kel ab.

Im Gegensatz dazu richten sich bei der Deposition auf ein senkrechtes (ot, = 0) oder nur leicht verkipptes Substrat je nach Substrattemperatur unterschiedliche Kristallachsen senkrecht zur Oberfläche aus, wie in der Fig. 6 gezeigt ist. Das entspricht dem Wachstumsbe- reich II. In der Fig. 6 ist die Intensität der (111), (200), (220) Röntgenbeugungsreflexe von CeO2-Schichten, die senkrecht bei verschiedenen Substrattemperaturen aufgedampft wurden graphisch dargestellt.

Nachfolgend wird der Effekt der Verkippung der Texturachse gegen die Substratnor- male anhand von Schemadarstellungen in den Fig. 7 bis 10 näher erläutert. Dabei soll zu- nächst qualitativ untersucht werden, um welchen Winkel'3 die <100>-Achse bevorzugt ver- kippt ist, wenn die Deposition unter einem bestimmten Winkel a erfolgt. D.h., es wird ermit- telt, wie die Orientierung der <100>-Achse sein mu , da mit andauernder Deposition anders orientierte Kristallite abgeschattet werden. Zur Vereinfachung wird beispielsweise von qua- derförmigen Kristalliten ausgegangen (Fig. 7), bei denen neben der <111>- eine <100>-Achse in der Depositionsebene liegt und um verschiedene Winkel gegen die Substratnormale ver- kippt ist, nämlich > ot (A), = ot (B) und < ot (C). Die Kristallite sollen dieselben Wachs-

tumschancen haben, was durch eine gleiche Oberfläche (insbesondere Querschnittslänge L), ein einheitliches Niveau ihrer Spitze und einem gegenseitigen Abstand gegeben ist, der so gro ist, da zu Beginn keinerlei Abschattung vorliegt. In der Fig. 7 ist die betrachtete Aus- gangslage bei der Deposition auf unterschiedlich verkippte Kristallite im Schema dargestellt.

Vernachlässigt man nun die isotrope thermisch induzierte Diffusion, so wandern die auf der Oberfläche abgeschiedenen Moleküle in die Richtung ihrer lateralen Geschwindig- keitskomponente v11 (die Geschwindigkeit stammt von der Gasphase, vgl. gerichtete Diffusion weiter oben). Entsprechend verläuft das Wachstum im Fall B parallel zur Oberfläche, wäh- rend sich im Fall A die Moleküle bevorzugt am unteren Bereich des Kristallits sammeln und im Fall C an der Spitze (Fig. 8). Wie oben bereits angenommen, können die Moleküle sogar etwas über den Rand der Unterlage hinaus driften. Dies erklärt auch das beobachtete senk- rechte Wachstum der Säulen. In der Fig. 8 ist die Situation von Fig. 7 nach einer gewissen De- positionsdauer gezeigt.

Insgesamt wird klar, da der Fall C die bevorzugte Orientierung ist, da sie am schnellsten nach oben wächst und alle anderen Wachstumsformen durch zunehmende Ab- schattung unterdrückt. Es folgt also < a. Au erdem erkennt man, da die Normale der resul- tierenden makroskopischen Oberfläche der Kristallite allmählich in die Depositionsrichtung kippt. Tatsächlich stellt man bei der Auswertung von REM-Aufnahmen sowie der Streifen auf RHEED-Bildern fest, da der Winkel zwischen den Normalen von Substrat und Oberfläche der Säulenspitze mit zunehmender Schichtdicke wächst.

Der Effekt, da sich die Moleküle an der Kristallitkante sammeln, ist dann am grö - ten, wenn v11 maximal ist, was p = 0° entspricht. Um zu verstehen, da das bevorzugte den- noch keineswegs verschwindet, mu man berücksichtigen, da der auf der Kristallitfläche an- kommende Teilchenflu mit dem "effektiven Querschnitt" Q der Fläche wächst, also bei kon- stantem L proportional zu cos ((x - ) ist. Der resultierende Sachverhalt ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Unter den gleichen Voraussetzungen wie in der Fig. 7 werden zwei Kristallite mit entsprechend = 40° und = 20° und deren gegenseitige Abschattung betrachtet, wenn die Deposition unter einem Winkel von 55" erfolgt.

In der Fig. 9 ist dargestellt, da zur betrachteten Startzeit die Kristallitspitzen auf demselben Niveau liegen und die Querschnitte L identisch sind. Der effektive Querschnitt Q ist jedoch proportional zu cos ((x - ).

Da mehr Moleküle pro Zeiteinheit auf den stärker verkippten Kristallit abgeschieden werden, nimmt für diesen Q mit der Zeit zu, während der effektive Querschnitt für den flacher orientierten Kristallit durch die Abschattung kleiner wird (Fig. 10). In der Fig. 10 ist schema- tisch dargestellt, wie nach einer gewissen Abscheidedauer die Kristallite mit = 40° den schwächer verkippten Kristallit effektiver abschatten als umgekehrt.

Die stärker verkippte Orientierung wird sich also durchsetzen. Aus demselben Grund wird der Oberflächenwinkel y nicht grö er als ot, sondern es stellt sich - wie beobachtet - bei längerer Deposition schlie lich der stationäre Fall ein, da der maximale Querschnitt erreicht wird, indem die Oberfläche der Säulenspitze senkrecht zum Strahl steht. Entsprechend ist die resultierende Oberfläche keine (100}-Fläche, sondern nur vizinal zu ihr. Für die Einstellung der In-plane oder der biaxialen Textur ist entscheidend, da die <lll>-Richtung im Fall von z.B. MgO die bevorzugte oder schnellste Wachstumsrichtung darstellt. Damit wachsen Kri- stallite, deren <111>-Richtung möglichst normal zur Oberfläche steht, am schnellsten. Das bedeutet andererseits, da im Idealfall die Einfallsebene eine (01-1)-Fläche darstellt. Dies führt zu der beobachteten biaxialen Textur.

Insgesamt wird sich also bei schräger Deposition eine Textur herauskristallisieren.

bei der 1.) die (01-1)-Fläche parallel zur Einfallsebene ist, 2.) die <100>-Achse mit der Substratnormalen einen Winkel einschlie t, der ausreichend klein ist, so da die Moleküle eine gewisse Strecke in Richtung ihres Impulses driften, und 3.) unter Beachtung von 2.) die Achse <100> möglichst wenig gegenüber der Depositionsrichtung verkippt ist.

In der Fig. 11 ist schematisch ein Querschnitt durch einen Teil eines Schichtmaterials mit dem erfindungsgemä en Aufbau dargestellt. D.h., da der Reihe nach übereinander lie- gen: ein Substrat 4, eine Pufferschicht 11, eine Deckschicht 13 und eine orientierte oxidische Dünnschicht 14. Wie dem Schema deutlich zu entnehmen ist, weist die Pufferschicht 11 eine stark zerklüftete, ungleichmä ige und mit tiefen Lücken versehene Oberfläche auf, die ein di- rektes epitaktisches Aufwachsen der orientierten oxidischen Dünnschicht 14 zumindest in gu- ter insbesondere zumindest annähernd einkristalliner Qualität kaum zulä t. Durch die erfin- dungsgemä e Deckschicht 13, die unter einem anderen Winkel auf das Substrat 4 aufge- dampft wird, als die Pufferschicht 11, wird die Oberflächenstruktur der letzteren verbessert, wie z.B. ausgeglichen und eingeebnet, so da hervorragende Voraussetzungen für ein epitakti- sches Aufwachsen der orientierten oxidischen Dünnschicht 14 bestehen. Anstelle der einen Deckschicht 13 kann auch eine Mehrzahl von Deckschichten vorgesehen sein, die unter glei- chen oder verschiedenen Winkeln aufgedampft werden und aus gleichen oder verschiedenen Materialien bestehen können. Aufdampfwinkel und Materialien von Pufferschicht 11 und Deckschicht 13 können ebenfalls verschieden oder gleich sein.

Nachfolgend wird noch ein Ausführungsbeispiel anhand einer Epitaxie von YBCO auf MgO unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 15 erläutert. Dabei soll bei der Epitaxie von YBaCu3O7.8 auf MgO die Notwendigkeit mehrerer MgO-Schichten als Puffer und Deck- schichten erläutert werden.

Aus den oben beschriebenen Sachverhalten ist deutlich, da es möglich ist, mittels <BR> <BR> <BR> <BR> ISD eine Texturierung von MgO zu erzielen, die bei Epitaxie von YBa,Cus07 gute supralei- tende Eigenschaften erwarten lä t. Es zeigt sich jedoch, da die HTSL-Filme, die auf

ISD-MgO abgeschieden werden, nicht die biaxiale Textur des Puffers übernehmen, sondern polykristallin wachsen (Fig. 15). Die Fig. 15 ist eine REM-Aufsicht auf einen YBCO-Film, der direkt auf eine ISD-Schicht MgO aufgedampft ist.

Entsprechend liegt das gemessene Tc nur bei 20K. Das nachfolgende Wachstum von YBCO scheint - zumindest beim angewendeten Proze - also nicht ausschlie lich von der Textur des Puffers abzuhängen, sondern auch von seiner Morphologie.

Zwei Umstände scheinen sich ungünstig auf das epitaktische Wachstum von senk- recht abgeschiedenem YBa2Cu307O auszuwirken: Die ungenügende Dichte der kolumnaren Schichten und die Tatsache, da die Oberflächen der Säulenspitzen nicht exakt in die <100>-Richtung orientiert sind.

Aus diesem Grunde wird dazu übergegangen, vor der HTSL-Schicht weitere MgO- Deckschichten senkrecht auf der ISD-Schicht zu deponieren. Diese Deckschichten sollen die Textur der ISD-Schicht übernehmen und einerseits die Lücken zwischen den Wachstumssäu- len auffüllen, andererseits aber auch die Säulenoberflächen "einebnen" und glätten.

Aus den durchgeführten Experimenten ergibt sich, da die Homoepitaxie prinzipiell funktioniert und mit zunehmender Substrattemperatur besser wird. Deshalb ist es von beson- derem Vorteil, einen Gleichgewicht-Stahlungsheizer zu benutzen, da sich mit ihm Temperatu- ren bis zu 750 "C erreichen lassen. Unter diesen Bedingungen werden tatsächlich die besten Ergebnisse bezüglich der Homoepitaxie erzielt, sofern die Depositionsrate ausreichend gering ist.

Beispielsweise wurden RHEED-Bilder (RHEED: Reflexion High Energy Electron Defraction) während der Abscheidung einer 500 nm dicken Deckschicht aufgenommen (Substrattemperatur: 734 "C, Abscheiderate: 30 nm/min). Der <l00>-Kippwinkel lä t sich aus dem Transmissionsbeugungsbild ermitteln, während der Oberflächenwinkel y der Neigung der auftretenden Streifen entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel können z.B. vor Beginn der Abscheidung die Oberflächen der ISD-Schicht um ca. 37° gegenüber der Substratnorma- len verkippt sein. Dies ist im Rahmen der geringen Me genauigkeit konsistent mit der oben formulierten Annahme, da sich die Flächennormale allmählich der Depositionsrichtung (a = 35°) zuneigt. Man stellt weiterhin fest, da während der Deckschichtabscheidung der Winkel konstant etwa 26° beträgt, was auf eine gute Epitaxie schlie en lä t. Schlie lich ist zu beobachten, da gleichzeitig der Oberflächenwinkel Y abnimmt und einem Grenzwert zu- strebt, der identisch mit ist. Man erhält also einen Film, dessen mikroskopische Oberflächen exakte I100)-Flächen sind.

Dies wird besonders in REM-Aufnahmen deutlich. In der Fig. 12 ist die Oberfläche einer Probe eines Schichtmaterials dargestellt, das zunächst aus drei Schichten MgO besteht.

Genauer ist die Fig. 12 eine Aufsicht auf die oberste Schicht MgO einer dreilagigen Probe.

Die Lücken sind geschlossen, die Oberfläche besteht aus scharf begrenzten Kristalliten mit exakten (100)-Flächen.

Die erste Pufferschicht ist mittels ISD hergestellt. Die Depositionsparameter waren T = 25 "C, ot = 25°, R = 240 nm/min, p = 9 x 10-4 mbar, D = 2 Stm. Die beiden folgenden Deckschichten sind bei 700 "C und gleichem Sauerstoffdruck senkrecht aufgedampft, wobei zunächst eine 500 nm dicke Lage mit 30 nm/min aufgebracht wurde. und anschlie end eine dünne Schicht (100 nm) mit 6 nm/min aufgebracht wurde, was durch die geringe Rate kristal- lographisch besonders definierte Oberflächen zur Folge hat. Au erdem werden die ursprüng- lich vorhandenen Lücken der ISD-Schicht geschlossen.

Nachfolgend wird noch näher auf die Eigenschaften solcher der YBCu3O78-Filme eingegangen.

YBCO-Schichten, die mittels reaktivem Koverdampfen auf Schichtsysteme der vor- her beschriebenen Art abgeschieden werden, zeichnen sich durch eine sehr geordnete Struktur aus. In der REM-Aufnahme eines 570 nm dicken Filmes, der auf den in der Fig. 12 gezeigten Puffer-/Deckschichtaufbau aufgedampft wird, erkennt man deutlich die Übernahme der Mor- phologie des Magnesiumoxids (Fig. 13). Genauer zeigt die Fig. 13 die Oberfläche der Probe aus Fig. 12 nach der Bedampfung mit YBCO.

Bei einem Vergleich der jeweiligen Ma stäbe fällt jedoch auf, da die YBCO-Kri- stallite bei weitem grö er als die des Magnesiumoxids sind, letztere also teilweise überwach- sen werden. Im Gegensatz zu den HTSL-Schichten auf YSZ-, CeO2 und einschichtigem MgO sind allerdings im Bild kaum senkrechte Orientierungen von a-Achsen zu erkennen, sondern es wird eine gleichförmige c-Achsen-Textur festgestellt. Die vollzogene Heteroepitaxie wird besonders deutlich in (103)-Polfiguren. Diese werden bevorzugt, da sie wegen der maximalen Intensität der Reflexe eine optimale Bestimmung von Orientierung und Halbwertsbreite erlau- ben. Die Polfigur, die zu dem in der Fig. 13 gezeigten Film als Oberfläche des Schichtmateri- als gehört, ist in der Fig. 14 dargestellt.

Die Fig. 14 zeigt eine YBCO-{ 103)-Polfigur der Probe, die in den Fig. 12 und 13 be- handelt ist. Eingezeichnet sind die Richtungen der a-Achsen (*) sowie der c-Achse (x). Zu- sätzlich sind die Lagen der a-Achsen (*) sowie der c-Achse (x) eingezeichnet, welche aus (200)- und (005)-Polfiguren ermittelt wurden. Es ergibt sich eine c-Achsen-Verkippung von 23,7° sowie eine (l03)-Halbwertsbreite von 11", während die entsprechenden Werte für die Pufferschicht P = 25,3° und FWHM = 12" sind.

Diese Polfiguren bestätigen eindrucksvoll das cube-on-cube-Wachstum von YBCO auf MgO und demonstrieren, da sich die Textur gegenüber der Pufferschicht sogar verbes- sert. Die induktive Messungen von Sprungtemperatur und jc ergeben für diese Probe Werte von 85,4 K bzw. 1,39 x 105 A/cm2. Um einen Vergleich anstellen zu können, wurden parallel zu den ISD-Proben auch MgO-Einkristalle bedampft. Hier beträgt in über 2 x 106 A/cm2 und

Tc maximal 88 K. Die bislang besten Ergebnisse bei ISD liefert eine Probe mit Tc = 85,6 K und in = 2,80 x 105 A/cm2, wobei = 18,5° und FWHM = 16° ist. Die Herstellung dieser Probe war identisch mit der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Probe, mit der Ausnahme, da bei der Deposition der ersten MgO-Schicht Substrattemperatur (45 "C) und ot (15°) unterschiedlich waren. Die kristallographischen Resultate für die MgO-Schichten sind = 19° und FWHM = 22".

Vorrichtungs- und verfahrensmä ig sind somit jeweils für sich oder in Kombination folgende Merkmale und Eigenschaften bedeutsam: Aufdampfwinkel ot der Pufferschicht und ggf. °t2 bis OC der Deckschichten 2 bis n, Drucküberhöhung im Aufdampfbereich oder Schichtbildungsbereich nahe dem Substrat, keine Beschränkung auf Metalloxide, speziell bia- xial texturierte MgO Schichten, speziell biaxial texturierte CeO2 Schichten, Deposition auf ein bewegtes Substrat, simultanes Aufbringen mehrerer Schichten auf ein Band mit einer Auf- dampfquelle, simultanes Aufbringen von Puffer- und Deckschicht(en) und Supraleiter.

Für die auf der Pufferschicht angeordneten Deckschichten gilt insbesondere, da sie bei höherer Temperatur und niedrigerer Rate aufgedampft werden können, damit sie epitak- tisch aufwachsen, und/oder da die Kippwinkel °t2 bis ct+ der 2 bis n Deckschichten 13 so ge- wählt werden, da die Poren in der Pufferschicht 11 geschlossen werden. Bei einer MgO-Puf- ferschicht können speziell ein oder vorzugsweise zwei Deckschichten aus MgO vorgesehen sein.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand einiger exemplarischer Ausführungsformen näher beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wurde, in der gleiche oder gleichartige Teile und Komponenten durch alle Figuren hindurch mit denselben Bezugszei- chen versehen sind. Die vorstehend näher dargelegten exemplarischen Ausführungsformen stellen jedoch keine Beschränkung der Erfindung darauf dar. Der Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung sowie die Figurenbeschreibung samt Zeichnung und alles bestimmt, was der Fachmann auch unter Zuhilfenahme seines Fachwis- sens den gesamten vorliegenden Unterlagen zu entnehmen vermag, zu deren Offenbarungs- umfang auch die hierin zitierte Literatur vollumfänglich gehört. Die Erfindung umfa t insbe- sondere alle Modifikationen, Substitutionen und Änderungen, die zu denselben oder ähnlichen Ergebnissen und Wirkungen führen, die durch die Ausführungen in den Ansprüchen abge- deckt sind.