高温超导薄膜微波表面电阻测试的研究

论文摘要

高温超导薄膜制备技术的不断提高使得薄膜的应用日益广泛,因而对薄膜各种性能指标的测定也显得更加重要,这就迫切需要对超导薄膜最主要特性之一微波表面电阻进行精确的测试。本文介绍了两种测试高温超导薄膜微波表面电阻的方法:双谐振器法和蓝宝石介质谐振器法。这两种方法虽然采用的介质谐振器的结构不同,但基本原理是相同的,通过对谐振器Q值及相关参数的测定,得到表面电阻Rs的值。目前,国际上用双谐振器法建立高温超导薄膜微波表面电阻Rs国际测试标准草案。此法是基于模式匹配方法,通过严格的推理得到简单的方程,从谐振器的谐振频率和固有品质因数可以求出超导薄膜的Rs。这种方法有较完整的理论推导,场结构简单,消除了tanδ对Rs的影响。但是这种方法的测试结果是两片超导膜的平均值,而且未考虑到金属腔的导体损耗和其它一些因素引入的误差。在国内,本论文研制的蓝宝石介质谐振器法正在申请高温超导微波表面电阻Rs国家测试标准。此法通过测量加载超导薄膜后介质谐振腔的固有品质因数的变化来确定超导薄膜的微波表面电阻。这种方法在校准时将腔壁的损耗考虑进去,而且得到的是单片超导膜的Rs值。这两种方法虽然各有优缺点,但都能够测量高温超导薄膜的微波表面电阻,而且测试灵敏度较高。本论文对两种方法都进行了研究与并对各自的缺点研制相应的测试系统进行了改进。深入地考虑了校准技术准确性问题,对正在申请国内Rs测试标准的蓝宝石介质谐振器测试系统进行一系列改进,并构建了自动测试系统,为国家测试标准的建立打下了坚实的基础。利用该测试系统可对高温超导薄膜的微波表面电阻进行测试,它具有灵敏度高,重复性好,对薄膜无损伤等特点,提高了介质谐振器法测量超导薄膜微波表面电阻的准确度和精度;并且在国际标准草案的基础上,拟改进制作工作频率在12GHz附近的双谐振器,改进耦合结构,构建自动测试系统。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 超导简介和发展
• 1.2 超导电子技术的优越性
• 1.3 高温超导薄膜
• 1.4 本文内容
• 第二章 高温超导薄膜的微波表面电阻
• 2.1 超导电性
• 2.2 二流体模型
• 2.3 高温超导薄膜的表面电阻
• 2.4 超导体与常规金属Rs 的比较
• 第三章 高温超导薄膜微波表面电阻测试方法讨论
• 3.1 端面替代法
• 3.2 平行板谐振器法
• 3.3 介质谐振器法
• 3.4 双谐振器法
• 3.5 镜像型蓝宝石介质谐振器法
• 3.5.1 镜像法的理论模型
• 3.5.2 A、B 值的确定
• 3.5.2.1 如何确定A、B 的值
• S1 和R（S2） 的选择'>3.5.2.2 R_S1 和R（S2） 的选择
• 3.5.3 校准方法
• 3.5.4 固有品质因数的测量
• 3.5.5 镜像型蓝宝石介质谐振器法的改进过程
• 第四章 测试方法的改进
• 4.1 拟改进双谐振器测试方法
• 4.1.1 理论分析
• 4.1.2 测试系统的研制
• 4.1.3 固有品质因数的测量
• 4.1.4 再次改进后的测试方法
• 4.2 第四代镜像型蓝宝石介质谐振器测试系统的分析与改进
• 4.2.1 镜像对称性分析
• 4.2.1.1 蓝宝石晶体对镜像对称性的影响
• 4.2.1.2 耦合装置对镜像对称性的影响
• 4.2.1.3 校准头和测试传感头洁净度的不同造成的不对称
• 4.2.2 第四代镜像型蓝宝石介质谐振器测试系统的改进
• 4.2.2.1 测试方法的理论模型
• 4.2.2.2 测试系统的建立
• 4.2.3 第四代镜像型蓝宝石介质谐振器测试系统的进一步改进
• 第五章 测试结果及分析
• 5.1 金腔测试结果
• 5.2 洁净度检测装置测试结果
• 5.3 微波表面电阻测试腔体测试结果
• 5.3.1 校准结果
• 5.3.2 Rs 测试结果及分析
• 5.4 微波表面电阻测试腔体重复测试结果
• 5.5 实验中的改进
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历