GB/T 22586-2018电子学特性测量超导体在微波频率下的表面电阻

ICS7704099

H21..

中华人民共和国国家标准

GB/T22586—2018

代替

GB/T22586—2008

电子学特性测量

超导体在微波频率下的表面电阻

Electroniccharacteristicmeasurements—Surfaceresistanceof

superconductorsatmicrowavefrequencies

(IEC61788-7:2006,Superconductivity—Part7:Electroniccharacteristic

measurements—Surfaceresistanceofsuperconductorsatmicrowave

frequencies,MOD)

2018-03-15发布2018-10-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T22586—2018

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

要求

4………………………1

装置

5………………………2

测试系统

5.1……………2

R测试腔体

5.2S…………………………2

介质柱

5.3………………3

测试步骤

6…………………4

样品准备

6.1……………4

系统构建

6.2……………4

参考电平的测试

6.3……………………5

谐振器频响特性的测试

6.4……………5

超导薄膜的表面电阻R标准蓝宝石柱的ε和δ的确定

6.5S、'tan……6

测试方法的精密度和精确度

7……………7

表面电阻

7.1……………7

温度

7.2…………………8

样品和支撑结构

7.3……………………8

样品的保护

7.4…………………………9

测试报告

8…………………9

被测样品的标识

8.1……………………9

R值报告

8.2S……………9

测试条件报告

8.3………………………9

附录资料性附录与第章第章相关的附加资料

A()1~8……………10

附录规范性附录改进型镜像介质谐振器法

B()………19

附录资料性附录与附录相关的附加资料

C()B………25

参考文献

……………………28

图使用制冷机测试R随温度变化特性的装置图

1S……………………2

图典型的R测试腔体示意图

2S…………3

图T温度下的插入损耗IA谐振频率f和半功率点带宽f

3(K),0Δ…………………5

图反射系数S和S

4(1122)…………………6

图表中术语的定义

54……………………8

Ⅰ

GB/T22586—2018

图各种测量微波表面电阻R方法结构示意图

A.1S…………………10

图两端由两片沉积在介质基片上的超导薄膜短路圆柱形介质谐振器的几何结构

A.2……………12

图模式的uν和Wν关系的计算结果

A.3TE01p--…………………13

图测量Rδ的标准介质柱的电磁场结构

A.4S、tan……………………13

图三种形式的谐振器的结构示意图

A.5………………14

图设计平行超导薄膜两端短路的谐振器的模式图[20]

A.6TE011……15

图设计平行超导薄膜两端短路的谐振器的模式图[20]

A.7TE013……16

图闭合式谐振器的模式图

A.8TE011……………………17

图闭合式谐振器的模式图

A.9TE013……………………18

图测试系统示意图

B.1…………………19

图典型的改进型镜像介质谐振器法谐振装置安装示意图

B.2………20

图测试探头加载被测样品示意图

B.3…………………20

图耦合结构示意图

B.4…………………21

图金腔结构示意图

B.5…………………22

图校准探头与测试探头装配良好时的牛顿环示意图

B.6……………24

图测试探头加载校准探头示意图

C.1…………………26

图测试探头加载金属板示意图

C.2……………………27

图测试探头加载超导样品示意图

C.3…………………27

表时标准蓝宝石介质柱的典型尺寸

112GHz、18GHz、22GHz……4

表时超导薄膜的尺寸

212GHz、18GHz、22GHz……………………4

表矢量网络分析仪的参数

3………………7

表蓝宝石介质柱参数

4……………………8

表耦合孔尺寸

B.1………………………21

表蓝宝石介质柱的尺寸和加工要求

B.2………………21

表屏蔽腔各部分尺寸

B.3………………22

Ⅱ

GB/T22586—2018

前言

本标准按照给出的规则起草

GB/T1.1—2009。

本标准代替高温超导薄膜微波表面电阻测试与相比

GB/T22586—2008《》。GB/T22586—2008,

主要技术变化如下

:

增加了附录规范性附录给出了改进型镜像介质谐振器法应用校准技术测量单片高

———B(),“”“”

温超导薄膜微波表面电阻R的方案本方案采用的是模式改进型镜像蓝宝石介质

(S)。TE011+δ

谐振器法通过校准单片超导薄膜的R值可以通过一次测量得到本方案在满足测量变异

,,S。

系数低于的前提下能大幅度提高测试效率适合大批量工业化的测试

20%,,;

增加了附录资料性附录给出了与附录相关的一些附加资料如改进型镜像介质谐振

———C(),B,“

器法的理论推导等

”。

本标准使用重新起草法修改采用超导电性第部分电子学特性测量超导

IEC61788-7:2006《7:

体在微波频率下的表面电阻与相比主要技术性差异如下

》,IEC61788-7:2006,:

增加了规范性附录及资料性附录附录是另一种供选择的方案

———BC。B。

本标准还做了下列编辑性修改

:

本标准的名称中去掉了超导电性第部分字样以便与现有的标准系列一致

———“7:”,。

本标准由中国科学院提出

。

本标准由全国超导标准化技术委员会归口

(SAC/TC265)。

本标准起草单位电子科技大学清华大学南京大学中国科学院物理研究所

:、、、。

本标准主要起草人曾成罗正祥补世荣魏斌吉争鸣孙亮

:、、、、、。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为

:

———GB/T22586—2008。

Ⅲ

GB/T22586—2018

引言

自从一些钙钛矿结构铜氧化合物发现以来国际上对氧化物高温超导体开展了广泛的研究与开发

,

工作在高磁场设备低损耗能量传输电子学和许多其他技术领域的应用正在取得很大的进步

,、、。

在电子学的许多领域特别是在通信领域微波无源器件例如超导滤波器正在发展之中并且已

,,,,,

经进入现场试验阶段[1,2]

。

用于微波谐振器滤波器天线和延迟线的超导材料具有损耗非常低的优点超导材料损耗特性对

、、。

新材料的开发和对超导微波器件的设计都非常重要超导材料微波表面电阻R和表面电阻随温度

,。S

的变化特性是设计低损耗微波器件所需要的重要参数

,。

高温超导薄膜的最新进展即它的R值比一般金属低几个数量级增加了对该特性进行可

(HTS),S,

靠测量技术的需求[3,4]传统测量铌和其他低温超导材料R的方法是用被测材料制作一个三维谐振

。S:

腔测试其Q值通过计算电磁场在腔内的分布可以求得R值另外一种技术是在一个较大的腔体内

,,S。

放入一个小样品这种技术有许多形式但是由实验测得的腔体总损耗计算高温超导薄膜的损耗时通

。,,

常都包含了所引入的不确定度

。

最好的高温超导薄膜是生长在平坦单晶衬底上的外延薄膜到目前为止在弯曲表面上还未能生长

,,

出高质量的薄膜对高温超导薄膜R测量技术的要求是可以用小的平坦的样品不需要对样品做任

。S:;

何加工不会损坏或改变样品高重复性高灵敏度低至铜表面电阻的千分之一动态范围大高至铜

;;;();(

的表面电阻中等功率输入时可激励高的内部功率温度变化范围宽

);;(4.2K~150K)。

在数种确定微波表面电阻的方法[5,6,7]中我们选择了介质谐振器法因为到目前为止这种方法是

,,,

最受欢迎和最实用的特别是蓝宝石谐振器是一种测试高温超导材料微波表面电阻R的极好工

。,S

具[8,9]由于改进型镜像介质谐振器法具有直接测试单片超导薄膜微波表面电阻的能力且其测量变

。,

异系数与双介质谐振器法相当这种方法也是我们推荐的因此本标准将其作为一种替代方法在附录

,,B

中给出

。

本标准给出的测试方法也可应用于包括低临界温度材料在内的其他平板状超导块材

。

本标准目的是给目前在电子学和超导体技术领域工作的工程师提供一个适当的得到认可的

,、

技术

。

本标准涵盖的测试方法是建立在凡尔赛先进材料和标准项目确定超导薄膜特性预标准

VAMAS()

化工作的基础之上的

。

Ⅳ

GB/T22586—2018

电子学特性测量

超导体在微波频率下的表面电阻

1范围

本标准规定了在微波频率下利用双谐振器法测试超导体表面电阻的方法测试目标是在谐振频率

,

下R随温度的变化改进型镜像介质谐振器法作为另外一种可选用的方法在附录中给出

S。,,B。

本标准适用于表面电阻的测试范围如下

:

频率f

———:8GHz<<30GHz;

测试分辨率f

———:0.01mΩ(=10GHz)。

测试报告给出在测试频率下的表面电阻值并且给出利用Rf2的关系折合到的值

,S∝10GHz。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

。,()。

国际电工