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The superconducting, magnetic and crystallographic properties of magnetically dilute NbN thin films are investigated. The NbN thin film with ~100 nm nominal thickness are sputtered by reactive direct current (DC) magnetron sputtering onto (i) a c-plane sapphire and (ii) a 1 µm thick wurtzite GaN buffer epitaxially grown on a c-plane sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Magnetic impurities are introduced by the ion implantation of Fe ions with an implantation dose of (1 x 10^14) ions/cm² and implantation energies of 35 keV and 50 keV, respectively. The crystal quality, chemical composition and surface morphology of the samples before and after Fe implantation are investigated by x-ray diffraction and atomic force microscopy. The measurements reveal a high crystal quality with no detectable influence of the ion implantation. In addition, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is carried out to determine the oxidation state and the presence of Fe on the surface. Furthermore, ion beam sputtering is employed to obtain information on the chemical composition in-depth. A pronounced oxidation state is found in all studied samples, while the Fe concentration in the NbN thin film is below the XPS detection limit. Superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry reveals a transition temperature of Tc ~15.3 K for the NbN as grown sputtered onto GaN. The implantation with 50 keV Fe yields no significant impact on Tc . For the NbN sputtered onto clean sapphire, however, transition temperatures of ~17.3 K and ~17 K are observed for two studied as grown samples. The implantation of 50 keV Fe and 35 keV Fe, respectively, leads to a reduction of Tc to ~15.9 K and ~16 K. Moreover, the electronic properties of the specimens are investigated by employing low-T-high-H magnetotransport measurements, confirming the Tc values measured by SQUID. Die supraleitenden, magnetischen und kristallographischen Eigenschaften von magnetisch verdünnten NbN-Dünnschichten werden untersucht. Die NbN-Dünnschichten mit einer nominellen Dicke von ~100 nm werden durch reaktives Gleichstrom-Magnetron-Sputtern auf (i) einen c-ebenen Saphir und (ii) einen 1 µm dicken Wurtzit-GaN-Puffer gesputtert, der durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) epitaktisch auf einem c-ebenen Saphirsubstrat gewachsen ist. Magnetische Verunreinigungen werden durch die Ionenimplantation von Fe-Ionen mit einer Implantationsdosis von (1 x 10^14) Ionen/cm² und Implantationsenergien von 35 keV bzw. 50 keV eingebracht. Die Kristallqualität, die chemische Zusammensetzung und die Oberflächenmorphologie der Proben vor und nach der Implantation werden mittels Röntgenbeugung und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Die Messungen zeigen eine hohe Kristallqualität ohne nachweisbaren Einfluss der Ionenimplantation. Zusätzlich wird Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt, um den Oxidationszustand und die Präsenz von Fe auf der Probenoberfläche zu bestimmen. Darüber hinaus wird Ionenstrahlsputtern eingesetzt, um Informationen über die chemische Zusammensetzung in der Tiefe zu erhalten. Alle untersuchten Proben weisen einen ausgeprägten Oxidationszustand auf, während die Fe-Konzentration in der NbN-Dünnschicht unter der XPS-Detektionsgrenze liegt. Magnetometrie-Messungen durch ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID) liefern eine Übergangstemperatur Tc von Tc ~15.3 K für das auf GaN gesputterte NbN. Die Implantation mit 50 keV Fe hat keinen signifikanten Einfluss auf Tc . Für das NbN, welches auf reinen Saphir gesputtert wurde, werden jedoch Übergangstemperaturen von ~17.3 K und ~17 K für zwei unimplantierte Proben beobachtet. Die Implantation von 50 keV Fe bzw. 35 keV Fe führt zu einer Verringerung von Tc auf ~15.9 K bzw. ~16 K. Darüber hinaus werden die elektronischen Eigenschaften der Proben mittels niedrig-T-hoch-H Magnettransportmessungen untersucht, welche die mit SQUID gemessenen Tc -Werte bestätigen. Die supraleitenden, magnetischen und kristallographischen Eigenschaften von magnetisch verdünnten NbN-Dünnschichten werden untersucht. Die NbN-Dünnschichten mit einer nominellen Dicke von ~100 nm werden durch reaktives Gleichstrom-Magnetron-Sputtern auf (i) einen c-ebenen Saphir und (ii) einen 1 µm dicken Wurtzit-GaN-Puffer gesputtert, der durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) epitaktisch auf einem c-ebenen Saphirsubstrat gewachsen ist. Magnetische Verunreinigungen werden durch die Ionenimplantation von Fe-Ionen mit einer Implantationsdosis von (1 x 10^14) Ionen/cm² und Implantationsenergien von 35 keV bzw. 50 keV eingebracht. Die Kristallqualität, die chemische Zusammensetzung und die Oberflächenmorphologie der Proben vor und nach der Implantation werden mittels Röntgenbeugung und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Die Messungen zeigen eine hohe Kristallqualität ohne nachweisbaren Einfluss der Ionenimplantation. Zusätzlich wird Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt, um den Oxidationszustand und die Präsenz von Fe auf der Probenoberfläche zu bestimmen. Darüber hinaus wird Ionenstrahlsputtern eingesetzt, um Informationen über die chemische Zusammensetzung in der Tiefe zu erhalten. Alle untersuchten Proben weisen einen ausgeprägten Oxidationszustand auf, während die Fe-Konzentration in der NbN-Dünnschicht unter der XPS-Detektionsgrenze liegt. Magnetometrie-Messungen durch ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID) liefern eine Übergangstemperatur Tc von Tc ~15.3 K für das auf GaN gesputterte NbN. Die Implantation mit 50 keV Fe hat keinen signifikanten Einfluss auf Tc . Für das NbN, welches auf reinen Saphir gesputtert wurde, werden jedoch Übergangstemperaturen von ~17.3 K und ~17 K für zwei unimplantierte Proben beobachtet. Die Implantation von 50 keV Fe bzw. 35 keV Fe führt zu einer Verringerung von Tc auf ~15.9 K bzw. ~16 K. Darüber hinaus werden die elektronischen Eigenschaften der Proben mittels niedrig-T-hoch-H Magnettransportmessungen untersucht, welche die mit SQUID gemessenen Tc -Werte bestätigen. Die supraleitenden, magnetischen und kristallographischen Eigenschaften von magnetisch verdünnten NbN-Dünnschichten werden untersucht. Die NbN-Dünnschichten mit einer nominellen Dicke von ~100 nm werden durch reaktives Gleichstrom-Magnetron-Sputtern auf (i) einen c-ebenen Saphir und (ii) einen 1 µm dicken Wurtzit-GaN-Puffer gesputtert, der durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) epitaktisch auf einem c-ebenen Saphirsubstrat gewachsen ist. Magnetische Verunreinigungen werden durch die Ionenimplantation von Fe-Ionen mit einer Implantationsdosis von (1 x 10^14) Ionen/cm² und Implantationsenergien von 35 keV bzw. 50 keV eingebracht. Die Kristallqualität, die chemische Zusammensetzung und die Oberflächenmorphologie der Proben vor und nach der Implantation werden mittels Röntgenbeugung und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Die Messungen zeigen eine hohe Kristallqualität ohne nachweisbaren Einfluss der Ionenimplantation. Zusätzlich wird Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt, um den Oxidationszustand und die Präsenz von Fe auf der Probenoberfläche zu bestimmen. Darüber hinaus wird Ionenstrahlsputtern eingesetzt, um Informationen über die chemische Zusammensetzung in der Tiefe zu erhalten. Alle untersuchten Proben weisen einen ausgeprägten Oxidationszustand auf, während die Fe-Konzentration in der NbN-Dünnschicht unter der XPS-Detektionsgrenze liegt. Magnetometrie-Messungen durch ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID) liefern eine Übergangstemperatur Tc von Tc ~15.3 K für das auf GaN gesputterte NbN. Die Implantation mit 50 keV Fe hat keinen signifikanten Einfluss auf Tc . Für das NbN, welches auf reinen Saphir gesputtert wurde, werden jedoch Übergangstemperaturen von ~17.3 K und ~17 K für zwei unimplantierte Proben beobachtet. Die Implantation von 50 keV Fe bzw. 35 keV Fe führt zu einer Verringerung von Tc auf ~15.9 K bzw. ~16 K. Darüber hinaus werden die elektronischen Eigenschaften der Proben mittels niedrig-T-hoch-H Magnettransportmessungen untersucht, welche die mit SQUID gemessenen Tc -Werte bestätigen. Die supraleitenden, magnetischen und kristallographischen Eigenschaften von magnetisch verdünnten NbN-Dünnschichten werden untersucht. Die NbN-Dünnschichten mit einer nominellen Dicke von ~100 nm werden durch reaktives Gleichstrom-Magnetron-Sputtern auf (i) einen c-ebenen Saphir und (ii) einen 1 µm dicken Wurtzit-GaN-Puffer gesputtert, der durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) epitaktisch auf einem c-ebenen Saphirsubstrat gewachsen ist. Magnetische Verunreinigungen werden durch die Ionenimplantation von Fe-Ionen mit einer Implantationsdosis von (1 x 10^14) Ionen/cm² und Implantationsenergien von 35 keV bzw. 50 keV eingebracht. Die Kristallqualität, die chemische Zusammensetzung und die Oberflächenmorphologie der Proben vor und nach der Implantation werden mittels Röntgenbeugung und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Die Messungen zeigen eine hohe Kristallqualität ohne nachweisbaren Einfluss der Ionenimplantation. Zusätzlich wird Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt, um den Oxidationszustand und die Präsenz von Fe auf der Probenoberfläche zu bestimmen. Darüber hinaus wird Ionenstrahlsputtern eingesetzt, um Informationen über die chemische Zusammensetzung in der Tiefe zu erhalten. Alle untersuchten Proben weisen einen ausgeprägten Oxidationszustand auf, während die Fe-Konzentration in der NbN-Dünnschicht unter der XPS-Detektionsgrenze liegt. Magnetometrie-Messungen durch ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID) liefern eine Übergangstemperatur Tc von Tc ~15.3 K für das auf GaN gesputterte NbN. Die Implantation mit 50 keV Fe hat keinen signifikanten Einfluss auf Tc . Für das NbN, welches auf reinen Saphir gesputtert wurde, werden jedoch Übergangstemperaturen von ~17.3 K und ~17 K für zwei unimplantierte Proben beobachtet. Die Implantation von 50 keV Fe bzw. 35 keV Fe führt zu einer Verringerung von Tc auf ~15.9 K bzw. ~16 K. Darüber hinaus werden die elektronischen Eigenschaften der Proben mittels niedrig-T-hoch-H Magnettransportmessungen untersucht, welche die mit SQUID gemessenen Tc -Werte bestätigen. submitted by Julia Vorhauer, BSc Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Universität Linz 2021 |
