Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Herstellung und elektrischen Charakterisierung von nanostrukturierten Niob-Dünnschichten, die als Precursor für supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs) verwendet werden sollen. Es wurden unterschiedliche Fertigungsprozesse untersucht, um mögliche Effekte der Prozesse auf die supraleitenden Eigenschaften ableiten zu können. Die supraleitenden Eigenschaften wurden mittels zweier Kryostate und Vier-Punkt-Widerstandsmessungen gemessen und es konnten kritische Temperatur, kritischer Strom (bei 5 Kelvin) und Restwiderstandsverhältnis für die Strukturen bestimmt werden. Der Autor zeigt, dass eine Schutzschicht auf dem dünnen Niobfilm erforderlich ist, um hohe Werte für die kritische Temperatur, den kritischen Strom und das Restwiderstandsverhältnis zu erreichen. Die Ergebnisse zeigen auch, dass eine zwei Nanometer dünne Gold-Palladium-Schicht diese Werte erheblich verbessern kann, obwohl sie beim Ätzen Rückstände hinterlassen kann. Darüber hinaus diskutiert der Autor den Einfluss der verwendeten Hartmaskenmaterialien auf die Eigenschaften der Niobschichten. Schließlich empfiehlt der Autor weitere quantitative Analysen, um seine qualitativen Ergebnisse zu bestätigen und andere Maskenmaterialien zu untersuchen, die den Prozess verbessern könnten. Insgesamt leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung fortgeschrittener Quantentechnologien und insbesondere von SNSPDs.
Die Arbeit wurde an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Deutschland, durchgeführt.
This bachelor thesis deals with the fabrication and electrical characterisation of nanostructured niobium thin films to be used as precursors for superconducting nanowire single photon detectors (SNSPDs). Different fabrication processes were ivestigated to derive possible effects of the processes on the superconducting properties. The superconducting properties were measured using two cryostats and four-point resistance measurements, and a critical temperature, critical current (at 5 Kelvin) and residual resistance ratio could be determined for the structures. The author shows that a protective layer on the thin niobium films is required to achieve high values for the critical temperature, critical current and residual resistance ratio. The results also show that a two-nanometre thin gold-palladium layer can significantly improve these values, although it might lead to residues during etching. In addition, the author discusses the influence of the hard mask materials used on the properties of the niobium layers. Finally, the author recommends further quantitative analysis to confirm his qualitative results and to investigate other mask materials that could improve the process. Overall, the work makes an important contribution to the development of advanced quantum technologies and SNSPDs in particular.
The work was carried out at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Germany.
