Φ3英寸双面超导薄膜Jc均匀性测量

临界电流密度Jc是评价超导薄膜质量的重要参数之一.采用Jc测量装置可以准确、快速、无损检测Φ2～3英寸双面膜的Jc均匀性.该装置是利用高温超导薄膜的超导转变对线圈内感应电压产生的变化这一原理,测量线圈由初级和次级组成.所用信号频率为20kHz.次级信号在同样频率下由锁相放大器检测.测量过程全部由计算机控制.对于超导微波滤波器应用所要求的高质量Φ2～3英寸双面超导薄膜材料,必须具有高的Jc和低的Rs值.采用该装置测量超导薄膜的Jc均匀性,与Rs对应关系进行分析,将有助于超导薄膜的质量控制.     

超导双面膜Tc与Jc的无损测量系统

利用高温超导体磁屏蔽原理研制了一种双面超导薄膜的临界参数无损测量系统。该系统有29个传感器，可以无损地测出双面薄膜中的任一面的临界参数（Tc、Jc）值。该系统用液氮冷却。可测量最大薄膜直径为75mm。全系统由计算机实现自动控制。     

3英寸双面YBCO高温超导外延薄膜研究

本文采用倒筒直流溅射方法(ICS)结合基片变速双轴旋转方式原位生长Φ3英寸双面YBCO高温超导外延薄膜.膜厚分布最大偏差小于10%,薄膜样品的中心与边缘部分的Tc0均达到90K,ΔTc≤0.3K,FWHM(005)≈0.2°,Rs(10GHz,77K)≈0.8mΩ,Jc值分布在2.2～3.1MA*cm-2之间,表明样品均匀性良好.     

2英寸双面TI2212高温超导薄膜的制备与研究

在c取向的LAO基片上,采用两步法制备TI2212高温超导薄膜.首先,利用PLD在基片上沉积无Tl前驱膜,然后前驱膜在流动Ar气氛中利用坩埚技术在720～740℃温度下用Tl2223铊源外延生长成2英寸双面TI2212高温超导薄膜.实验结果表明:2英寸双面TI2212薄膜具有良好的c轴取向,并有明显的层状生长结构,有少量杂相晶粒但无裂纹;两面薄膜表面均匀光亮且呈深褐色.用四引线法测量的最佳双面薄膜的超导零电阻温度分别为106.2K和108.5K;在77K温度下,超导临界电流扫描测量仪得到优质薄膜的临界电流密度在1.0×106 A/cm2到4.8×106 A/cm2范围内;薄膜的微波表面电阻由一个介质谐振器在77K温度和10GHz频率下测量薄膜中心部分的Q值得到,其值小于0.5mΩ.     

2英寸双面Tl-2212超导薄膜

我们采用磁控离子溅射和后热处理的方法,在LaAlO3(001)单晶衬底上制作了2英寸直径的双面Tl-2212超导薄膜.薄膜的表面均匀,结构致密.X-光θ-2θ测试表明,薄膜具有很纯的Tl-2212超导相,并具有c-轴垂直于膜面的织构.电磁测试结果表明,薄膜的超导电性均匀,临界温度Tc大于100K,临界电流密度Jc(77K,0T)约1×106A/cm2, 微波表面电阻Rs(77K,10GHz)约0.5mΩ.     

MgO单晶基片上YBCO高温超导薄膜的制备

在2英寸MgO(001)单晶基片上,采用直流溅射法,通过基片高温退火,成功制备了性能优越的YBa2C3O7-δ(YBCO)双面超导薄膜,能够满足超导滤波器的设计要求。X射线衍射(XRD)分析表明经过退火的基片上生长的YBCO薄膜与基片有单一的外延取向关系;用原子力显微镜(AFM)和高能电子衍射(RHEED)分析高温退火对基片表面状况的改变。结果表明制备的YBCO薄膜具有很好的超导电性,薄膜临界电流密度Jc(77K,0T)≈2.5×106A/cm2,微波表面电阻Rs(10GHz,77K)≈0.16mΩ。     

微波表面电阻TC90方案的测量精度实验分析

由于超导薄膜的表面阻抗Rs这一参量对超导微波元件的设计和开发有很重要意义，测量超导薄膜的表面阻抗Rs也就非常重要．目前国际上制定了高温超导薄膜在微波波段上表面阻抗Rs电特性的标准测量方案：IEC／TC90．此方案采用介质杆谐振器法测量表面阻抗的原理，使用蓝宝石介质杆和超导膜组成的谐振器法测量超导膜的Rs．本文分析了各个测量量对标准测量方案的测量精度，分析了在12GHz微波频率下，系统的各个实际部件的加工误差．认为频谱曲线的测量误差，即背景误差对最终测量结果Rs的影响是主要的．     

蓝宝石基片上制备双面Tl_2Ba_2CaCu_2O_8超导薄膜

在蓝宝石基片上,以CeO2为缓冲层制备了高质量的双面Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)超导薄膜。以金属铈靶作为溅射源生长了c轴取向的CeO2缓冲薄膜,并对CeO2薄膜进行了高温处理,有效改善了其结晶质量和表面形貌。采用两步法制备了双面的Tl-2212超导薄膜。XRD测试显示,薄膜为纯的Tl-2212相,且其晶格c轴垂直于衬底表面。超导薄膜的Tc为106K,Jc(77K,0T)为3.5MA/cm2,微波表面电阻Rs(77K,10GHz)为390μΩ。     

微波表面电阻TC90方案的测量精度实验分析

由于超导薄膜的表面阻抗Rs这一参量对超导微波元件的设计和开发有很重要意义,测量超导薄膜的表面阻抗Rs也就非常重要.目前国际上制定了高温超导薄膜在微波波段上表面阻抗Rs电特性的标准测量方案:IEC/TC90.此方案采用介质杆谐振器法测量表面阻抗的原理,使用蓝宝石介质杆和超导膜组成的谐振器法测量超导膜的Rs.本文分析了各个测量量对标准测量方案的测量精度,分析了在12GHz微波频率下,系统的各个实际部件的加工误差.认为频谱曲线的测量误差,即背景误差对最终测量结果Rs的影响是主要的.     

基于FPGA的CMP电涡流终点检测装置设计

为实现对晶圆表面金属层的化学机械抛光（CMP）过程中的终点检测和对抛光速率进行监控的要求,设计了一种基于电涡流测量原理的测量装置。该装置以FPGA器件作为控制核心,由其控制高速D/A转换器生成正弦交流信号,并驱动测量电桥。由于测量线圈产生的交变磁场在晶片金属薄膜上产生电涡流,引起测量线圈的阻抗发生变化。通过测量相应的阻抗变化产生的信号,可以计算出相应的晶片表面金属薄膜的厚度。实验表明该装置可以满足对晶圆表面100～1000nm厚度金属层的测量要求。     

一种高温超导薄膜临界电流密度感应法无损测量装置

临界电流密度(Jc)是超导薄膜、块材、带材等材料的基本性能参数,决定了超导器件及设备的性能和稳定性,简易、准确的无损Jc测量方法对超导材料特性研究及超导器件的性能保障具有重要意义。本文介绍一种基于三次谐波测量的高温超导薄膜局部临界电流密度测量方法和测量装置。研究显示,在一定幅值的初级线圈交流磁场激励下,Ⅱ型超导体会产生非线性响应,通过分析次级线圈中三次谐波分量的幅值变化,可以推算超导体的局部临界电流密度。我们搭建了一套基于此原理、适用于液氮条件的测量装置。通过对比实验,对测量的准确性进行了验证,尤其针对微弱的微纳伏量级被测信号,采取了必要的噪声抑制措施,并通过对测量数据的校正,提高了测量的准确度。实验研究显示,基于三次谐波测量的方法对于超导薄膜的临界电流密度的测量准确度较高,进行误差修正后,测量装置的误差小于10%。超导薄膜感应法测量装置的搭建十分方便,而且应用灵活,对于大面积超导薄膜的临界电流密度分布测量具有十分显著的优势。     

用于微波滤波器的Tl2Ba2CaCu2O8超导薄膜

本文报导用磁控离子溅射和后热处理方法在LaAlO3(001)衬底上制作2英寸双面Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212) 超导薄膜的方法和薄膜的特性.XRD测试表明薄膜具有纯的Tl-2212相和c轴垂直于膜面的织构.衬底两侧薄膜的结晶形貌和超导电性均匀,超导转变温度Tc一般为105 K左右,液氮温度下临界电流密度Jc>2×106A/cm2,10GHz频率下表面电阻最小达到350μΩ,可满足超导微波滤波器实用的需要.     

Rs标准测量系统的研究及其误差讨论

本文主要介绍了按照目前国际上制定的超导薄膜表面阻抗Rs标准测量方案（IEC／TC90）设计并制造的Rs标准测量系统，对实验过程中系统的细节作了改进，测试精度及可靠性作了分析，实验及结果证明该标准的可行性，同时说明了我们的测试系统符合国际超导薄膜表面阻抗Rs标准 测量的要求。     

3英寸氧化镁基底上沉积DyBCO高温超导薄膜

采用多源共蒸发技术在3英寸氧化镁基底上沉积了具有优异性能的DyBCO高温超导薄膜。用台阶仪对薄膜的厚度进行测量,结果显示超导薄膜厚度在650 nm左右。在77 K的液氮中,对薄膜的临界电流密度J_c进行测量,薄膜表面的临界电流密度J_c都大于2.4 MA/cm~2,且均匀性良好。     

高温超导薄膜临界电流密度的无损测量研究

临界电流密度Jc是超导薄膜的一个重要参量,它可以衡量超导薄膜的功率承载能力。大面积高温超导薄膜制成后,其Jc需要被无损精确测量。文中提出了一种新的交流磁场下的高温超导薄膜临界态模型:(1)基于此模型对薄膜的临界电流密度进行了精确无损测量;(2)并将实验测量的三次谐波电压曲线进行拟合研究。首先,根据麦克斯韦方程和伦敦方程,计算外加直流磁场超导薄膜Meissner态下电流和磁场在薄膜内的分布;然后分析薄膜进入临界态后内部电流的变化,在考虑顶扎力作用的情况下,提出了临界态电流和磁场非均匀分布模型;最后根据其模型,推导出三次谐波电压的表达式。为了验证该理论,分别对四片超导薄膜在不同频率下进行了三次谐波和临界电流密度测量。实验结果表明:三次谐波电压的理论与实验曲线一致;与四点传输法的测量结果相比较,该方法测量超导薄膜临界电流密度的误差在5%左右,具有高精度、无损伤、方便快捷等优点。     

在小型制冷机中测量薄片交流磁化率以决定超导转变温度的装置

本文介绍了一种利用电磁感应原理和超导磁效应,在小型制冷机中测量超导体转变温度的装置.本装置包括密闭的真空室、压缩制冷机、真空泵、真空计、锁相放大器、温控仪、计算机、线圈绕组.其中,线圈绕组置于真空室内,由初级线圈和次级线圈组成,初级线圈和次级线圈分别绕制在两个线圈骨架上;被测超导薄片材料放置于初级线圈和次级线圈之间;压缩制冷机用来为超导材料制冷;真空泵用来对真空室抽真空;温控仪用来测量和控制真空室内的温度;锁相放大器为初级线圈提供交流电压信号,并测量次级线圈的电信号以得到交流磁化率值;计算机记录温控仪测得的温度数据和锁相放大器测得的次级线圈的电压信号,并显示锁相放大器测得的次级线圈的电压信号随温度变化的曲线.实验证明该装置可以通过测量超导体交流磁化率的变化测得超导转变温度,具有自动化测量及测试成本低等特点.     

基于补偿法的超导单元交流损耗测量系统设计

交流损耗是影响超导电力装置运行稳定性和成本的关键因素之一.本文提出了一种基于电压补偿法的大载流超导单元交流损耗测量方法,通过串联在回路中的大电流补偿线圈,抵消超导单元的感性电压来实现.在系统设计上,通过数据采集卡和运动控制器,获取超导单元、补偿线圈的电压信号,同时控制步进电机拖动补偿线圈.通过相位的对比计算,实现精确定位补偿,从而测量超导单元的交流损耗.最后,在不同频率下,测量了0.2 m长、110 kV/1.5 kA的高温超导电缆样缆的交流损耗,得出的交流损耗曲线与计算结果基本吻合.实验结果表明,采用补偿线圈的交流损耗测量系统具有自动检测、定位和测量功能,可以实现具有大电流容量超导单元交流损耗的准确测量.     

基于薄膜动圈式的次声波监测装置设计

基于薄膜动圈式声-电转换原理,利用次声波产生的空气微压波动带动薄膜上线圈受迫振动,引起线圈内磁通量的变化产生感应电动势,将声信号转换成电信号进行采集,设计便携式次声监测装置.在模拟简谐次声环境中的测量结果表明,该装置能够准确地测量出振动频率,并对其幅度进行监测.     

厚度诱导的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜剩余应力及临界电流变化

本文通过脉冲激光沉积法制备了不同厚度(80nm、320nm、1000nm和2000nm)的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,对它们的剩余应力和临界电流特性进行了对比研究.通过系列的激光显微Raman光谱和磁化曲线测量分别获得了薄膜剩余应力和磁化临界电流密度(Jc)对薄膜厚度的依赖关系.结果显示超导薄膜内剩余应力越小,Jc越高.对于中等厚度的薄膜样品(320nm和1000nm),其膜内剩余应力较小,同时由其特征的磁通匹配场大小推知在该厚度范围内的样品具有较高的线性缺陷密度,从而显示出较高的Jc值.     

超导体电输运及交流磁化率双模式测量系统研制

介绍了一种基于小型制冷机的超导转变温度电输运和交流磁化率双模式单腔测量装置。该装置包括电输运法测量和交流磁化率法测量两部分,分别实现对高温超导薄膜样品的超导转变温度的测量。电输运法测量部分利用四点法测量原理对超导薄膜的电阻进行测量,获取电阻随温度变化的曲线;同时利用电流换向法消除热电势带来的测量误差,以进一步提高测量的精度。交流磁化率法测量部分利用的是电磁感应原理和超导磁效应。该部分包含有初级线圈和次级线圈,超导样品放置于两线圈之间。初级线圈用于产生交变激励磁场,次级线圈的输出信号反应了超导样品磁化率的变化,其输出信号由锁相放大器获取。测量过程中使用计算机自动记录测量数据。