GB/T 22586-2008高溫超導(dǎo)薄膜微波表面電阻測(cè)試

犐犆犛７７．０４０．９９

犎２１

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

高溫超導(dǎo)薄膜微波表面電阻測(cè)試

犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狊狅犳狊狌狉犳犪犮犲狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狅犳犺犻犵犺狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狊狌狆犲狉犮狅狀犱狌犮狋狅狉狋犺犻狀

犳犻犾犿狊犪狋犿犻犮狉狅狑犪狏犲犳狉犲狇狌犲狀犮犻犲狊

（ＩＥＣ６１７８８７：２００６，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ—

Ｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｔｍｉｃｒｏｗａｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ＩＤＴ）

２００８１２１５發(fā)布２００９０５０１實(shí)施

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局

發(fā)布

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

書

中華人民共和國(guó)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

高溫超導(dǎo)薄膜微波表面電阻測(cè)試

ＧＢ／Ｔ２２５８６—２００８／ＩＥＣ６１７８８７：２００６

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書

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目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅲ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３術(shù)語(yǔ)和定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

４要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

５裝置!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

５．１測(cè)試系統(tǒng)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

５．２犚Ｓ測(cè)試腔體!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

５．３介質(zhì)柱!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

６測(cè)試步驟!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．１樣品準(zhǔn)備!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．２系統(tǒng)構(gòu)建!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．３參考電平的測(cè)試!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．４諧振器頻響特性的測(cè)試!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６．５超導(dǎo)薄膜的表面電阻犚Ｓ、標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)寶石柱的ε′和ｔａｎδ的確定!!!!!!!!!!!!!!!６

７測(cè)試方法的精密度和精確度!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

７．１表面電阻!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

７．２溫度!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

７．３樣品和支撐結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

７．４樣品的保護(hù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８測(cè)試報(bào)告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．１被測(cè)樣品的標(biāo)識(shí)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．２犚Ｓ值報(bào)告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．３測(cè)試條件報(bào)告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

附錄Ａ（資料性附錄）與第１章～第８章相關(guān)的附加資料!!!!!!!!!!!!!!!!!９

參考文獻(xiàn)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１７

圖１使用制冷機(jī)測(cè)試犚Ｓ隨溫度變化特性的裝置圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

圖２典型的犚Ｓ測(cè)試腔體示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

圖３犜（Ｋ）溫度下的插入損耗犐犃、諧振頻率犳０和半功率點(diǎn)帶寬Δ犳!!!!!!!!!!!!!５

圖４反射系數(shù)（犛１１和犛２２）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

圖５表４中術(shù)語(yǔ)的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

圖Ａ．１各種測(cè)量微波表面電阻犚Ｓ方法結(jié)構(gòu)示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

圖Ａ．２兩端由兩片沉積在介質(zhì)基片上的超導(dǎo)薄膜短路圓柱形介質(zhì)諧振器的幾何結(jié)構(gòu)!!!!!１１

圖Ａ．３ＴＥ０１狆模式的狌狏和犠狏關(guān)系的計(jì)算結(jié)果!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

圖Ａ．４測(cè)量犚Ｓ、ｔａｎδ的標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)柱的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

圖Ａ．５三種形式的諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

［２０］

圖Ａ．６設(shè)計(jì)平行超導(dǎo)薄膜兩端短路的ＴＥ０１１諧振器的模式圖!!!!!!!!!!!!!!１３

Ⅰ

書

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［２０］

圖Ａ．７設(shè)計(jì)平行超導(dǎo)薄膜兩端短路的ＴＥ０１３諧振器的模式圖!!!!!!!!!!!!!!１４

圖Ａ．８閉合式ＴＥ０１１諧振器的模式圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

圖Ａ．９閉合式ＴＥ０１３諧振器的模式圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１６

表１１２ＧＨｚ、１８ＧＨｚ、２２ＧＨｚ時(shí)標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)寶石介質(zhì)柱的典型尺寸!!!!!!!!!!!!!!!４

表２１２ＧＨｚ、１８ＧＨｚ、２２ＧＨｚ時(shí)超導(dǎo)薄膜的尺寸!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

表３矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參數(shù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

表４藍(lán)寶石介質(zhì)柱參數(shù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

Ⅱ

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前言

本標(biāo)準(zhǔn)等同采用ＩＥＣ６１７８８７：２００６《電子性能測(cè)量微波頻率下超導(dǎo)體的表面電阻》（英文版），在

技術(shù)內(nèi)容上與該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致。為了便于使用，本標(biāo)準(zhǔn)做了下列編輯性修改：

ａ）用“本標(biāo)準(zhǔn)”代替“本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”。

ｂ）將“ＩＥＣ／ＴＣ９０引言”改為“引言”等有關(guān)內(nèi)容。

ｃ）用小數(shù)點(diǎn)“．”代替作為小數(shù)的“，”。

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄Ａ為資料性附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家超導(dǎo)技術(shù)聯(lián)合研究開發(fā)中心和全國(guó)超導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)超導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)起草單位：電子科技大學(xué)。

本標(biāo)準(zhǔn)參加起草單位：清華大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：羅正祥、劉宜平、李宏成、吉爭(zhēng)鳴、鄭東寧、許偉偉、張其劭、魏斌、曾成。

Ⅲ

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引言

自從一些鈣鈦礦結(jié)構(gòu)銅氧化合物發(fā)現(xiàn)以來(lái)，國(guó)際上對(duì)高溫氧化物超導(dǎo)體開展了廣泛的研究與開發(fā)

工作，在高磁場(chǎng)設(shè)備、低損耗能量傳輸、電子學(xué)和許多其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用正在取得很大的進(jìn)步。

在電子學(xué)的許多領(lǐng)域，特別是在電信領(lǐng)域，微波無(wú)源器件，例如超導(dǎo)濾波器，正在發(fā)展之中，并且已

經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段［１，２］。

用于微波諧振器、濾波器、天線和延遲線的超導(dǎo)材料具有損耗非常低的優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)材料損耗特性對(duì)

新材料的開發(fā)和對(duì)超導(dǎo)微波器件的設(shè)計(jì)，都非常重要。超導(dǎo)材料微波表面電阻犚Ｓ和表面電阻隨溫度

的變化特性，是設(shè)計(jì)低損耗微波器件所需要的重要參數(shù)。

高溫超導(dǎo)（ＨＴＳ）薄膜的最新進(jìn)展，即它的犚Ｓ值比一般金屬低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，更增加了對(duì)用于測(cè)試這

［３，４］

個(gè)特性的可靠技術(shù)的需要。傳統(tǒng)的測(cè)量鈮和其他低溫超導(dǎo)材料的犚Ｓ的方法是：用被測(cè)材料制作一

個(gè)三維諧振腔，測(cè)試其犙值，通過(guò)計(jì)算電磁場(chǎng)在腔內(nèi)的分布可以求得犚Ｓ值。另外一種技術(shù)是在一個(gè)較

大的腔體內(nèi)放入一個(gè)小樣品。這種技術(shù)有許多形式，但是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的腔體總損耗計(jì)算高溫超導(dǎo)薄膜

的損耗時(shí)，通常都包含了所引入的不確定度。

最好的高溫超導(dǎo)薄膜是生長(zhǎng)在平坦單晶襯底上的外延薄膜，到目前為止，在彎曲表面上還未能生長(zhǎng)

出高質(zhì)量的薄膜。對(duì)犚Ｓ測(cè)量技術(shù)的要求是：可以用小的平坦的樣品；不需要對(duì)樣品做任何加工；不會(huì)

損壞或改變樣品；高重復(fù)性；高靈敏度（低至銅表面電阻的千分之一）；動(dòng)態(tài)范圍大（高至銅的表面電阻）；

中等功率輸入時(shí)可激勵(lì)高的內(nèi)部功率；溫度變化范圍寬（４．２Ｋ～１５０Ｋ）。

在數(shù)種確定微波表面電阻的方法［５，６，７］中，我們選擇了介質(zhì)諧振器法，因?yàn)榈侥壳盀橹?，這種方法是

最受歡迎和最實(shí)用的。特別是，藍(lán)寶石諧振器是一種測(cè)試高溫超導(dǎo)材料微波表面電阻犚Ｓ的極好

工具［８，９］。

本標(biāo)準(zhǔn)給出的測(cè)試方法也可應(yīng)用于包括低臨界溫度材料在內(nèi)的其他平板狀超導(dǎo)塊材。

本標(biāo)準(zhǔn)目的是給目前在電子學(xué)和超導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域工作的工程師，提供一個(gè)適當(dāng)?shù)摹⒌玫秸J(rèn)可的

技術(shù)。

本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的測(cè)試方法是建立在ＶＡＭＡＳ（凡爾賽先進(jìn)材料和標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目）確定超導(dǎo)薄膜特性預(yù)標(biāo)準(zhǔn)

化工作的基礎(chǔ)之上的。

Ⅳ

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高溫超導(dǎo)薄膜微波表面電阻測(cè)試

１范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在微波頻率下利用雙諧振器法測(cè)試超導(dǎo)體表面電阻的方法。測(cè)試目標(biāo)是在諧振頻率

下犚Ｓ隨溫度的變化。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于表面電阻的測(cè)試范圍如下：

———頻率