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Marilyn Elvire Ludivine Gleyzes

• Auf Grund des zunehmenden Interesses für Oxide sowohl in der Forschung als auch in der Anwendung und auf Grund der Schwierigkeiten, diese mit klassischen Lithographie-basierten Verfahren zu strukturieren, ist die Motivation hoch, neuartige, direkte, dynamische Strukturierungsprozesse zu suchen. Ein solch neuartiges Verfahren sollte es ermöglichen, oxidische Schichten mit hochreinen Grenzflächen epitaktisch und stöchiometrisch zu wachsen. Es sollte weiterhin eine hohe Freiheit hinsichtlich der Auswahl der Strukturengeometrie anbieten. In dieser Arbeit zeige ich zwei Strukturierungsmöglichkeiten auf, welche sich für ein in situ-Schreiben epitaktischer, oxidischer Bauelemente prinzipiell eignen: das maskenlose, piezoelektrisch-getriebene drop-on-demand-Inkjet-Verfahren (dod-IJ) und die gepulste Laserablation-basierte Lochmaskenlithographie (PLD-DSL). Dazu wurden die zwei Verfahren entwickelt, aufgebaut und für das Wachstum oxidischer Perowskite untersucht. Mit dem dod-IJ konnten ersteAuf Grund des zunehmenden Interesses für Oxide sowohl in der Forschung als auch in der Anwendung und auf Grund der Schwierigkeiten, diese mit klassischen Lithographie-basierten Verfahren zu strukturieren, ist die Motivation hoch, neuartige, direkte, dynamische Strukturierungsprozesse zu suchen. Ein solch neuartiges Verfahren sollte es ermöglichen, oxidische Schichten mit hochreinen Grenzflächen epitaktisch und stöchiometrisch zu wachsen. Es sollte weiterhin eine hohe Freiheit hinsichtlich der Auswahl der Strukturengeometrie anbieten. In dieser Arbeit zeige ich zwei Strukturierungsmöglichkeiten auf, welche sich für ein in situ-Schreiben epitaktischer, oxidischer Bauelemente prinzipiell eignen: das maskenlose, piezoelektrisch-getriebene drop-on-demand-Inkjet-Verfahren (dod-IJ) und die gepulste Laserablation-basierte Lochmaskenlithographie (PLD-DSL). Dazu wurden die zwei Verfahren entwickelt, aufgebaut und für das Wachstum oxidischer Perowskite untersucht. Mit dem dod-IJ konnten erste vielversprechende Strukturen aus einer La1-xCaxMnO3-Lösung geschrieben werden. Allerdings erfüllt die Anlage -- insbesondere auf Grund der gewählten Chemie zusammen mit der Anforderung, bei hohen Temperaturen unter einer kontrollierten Atmosphäre zu arbeiten -- noch nicht alle Anforderungen optimal, um Oxide zuverlässig und reproduzierbar schreiben zu können. Mit der PLD-DSL wurden erfolgreich Strukturen aus YBa2Cu3O7-δ, SrRuO3, SrTiO3 und SrNbxTi1-xO3 geschrieben. Hierbei konnten sowohl die Abmessungen der hergestellten Strukturen (zwischen etwa 10 μm und 2 mm) als auch ihre Geometrie (Kreuze, Linien, Mäander, Punkte) definiert variiert werden. Weiterhin wurde beim Wachstum von YBa2Cu3O7-δ auf einem (001) YSZ-Substrat Epitaxie nachgewiesen. Durch die Kombination unterschiedlicher Materialien konnten sogar funktionelle Heterostrukturen -- z. B. p-i-n-Übergänge -- realisiert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermutigen weitere Forschungsaktivitäten zur Optimierung beider Verfahren. Dadurch würden oxidische Bauelemente im Mikrometer- bis Submikrometerbereich mit optimierten, wenn nicht sogar neuen Eigenschaften in greifbare Nähe rücken.…
• Considering the growing interest in oxide research and applications and the difficulties encountered to pattern them with conventional lithography processes, the development of new dynamic and direct patterning techniques has become of fundamental importance. Ideally, such a technique should assure high purity, epitaxy and stoichiometry of the grown interfaces as well as a high flexibility in the choice of the structure's geometry. In this work I have developed, built up and tested -- with perovskite-related oxides -- two patterning techniques basically fulfilling the requirements for an in situ writing of epitaxial oxide devices: A maskless, piezoelectrically-driven drop-on-demand-inkjet technique (dod-IJ) and a pulsed laser deposition-based dynamic stencil lithography (PLD-DSL). First promising lines have been written with the dod-IJ from a La1-xCaxMnO3-based solution. However the setup does not fulfil yet all the requirements for a reliable and reproducible writing of oxides. ThisConsidering the growing interest in oxide research and applications and the difficulties encountered to pattern them with conventional lithography processes, the development of new dynamic and direct patterning techniques has become of fundamental importance. Ideally, such a technique should assure high purity, epitaxy and stoichiometry of the grown interfaces as well as a high flexibility in the choice of the structure's geometry. In this work I have developed, built up and tested -- with perovskite-related oxides -- two patterning techniques basically fulfilling the requirements for an in situ writing of epitaxial oxide devices: A maskless, piezoelectrically-driven drop-on-demand-inkjet technique (dod-IJ) and a pulsed laser deposition-based dynamic stencil lithography (PLD-DSL). First promising lines have been written with the dod-IJ from a La1-xCaxMnO3-based solution. However the setup does not fulfil yet all the requirements for a reliable and reproducible writing of oxides. This is mainly due to the combination of the chosen chemistry and the requirements of working under high temperature and controllable atmosphere. Some structures of YBa2Cu3O7-δ, SrRuO3, SrTiO3 and Nb-doped SrTiO3 were successfully grown with the PLD-DSL. Both, the dimensions (between ~ 10 μm and 2 mm) and the geometry (cross, line, meander, point) of those structures could be user-defined varied. Furthermore, the epitaxial growth of a YBa2Cu3O7-δ-structure on (001) YSZ-substrate has been verified. By the combination of different materials I have even grown some functional heterostructures such as p-i-n-diodes. The results of this thesis motivate further investigations to improve both of the developed techniques. Thereby, the possibility to create oxide devices in the micro- to nanometer range with optimised or even new properties moves closer.…