犐犆犛７７．０４０．９９

犎２１

中華人民共和國國家標準

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

高溫超導薄膜微波表面電阻測試

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發布２００９０５０１實施

中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局

發布

中國國家標準化管理委員會

書

中華人民共和國

國家標準

高溫超導薄膜微波表面電阻測試

ＧＢ／Ｔ２２５８６—２００８／ＩＥＣ６１７８８７：２００６

中國標準出版社出版發行

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開本８８０×１２３０１／１６印張１．５字數３９千字

２００９年３月第一版２００９年３月第一次印刷

書號：１５５０６６·１３５９３５

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書

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

目次

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

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

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

２規范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３術語和定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

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

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

５．１測試系統!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

５．２犚Ｓ測試腔體!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

５．３介質柱!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

６測試步驟!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．１樣品準備!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．２系統構建!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．３參考電平的測試!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

６．４諧振器頻響特性的測試!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６．５超導薄膜的表面電阻犚Ｓ、標準藍寶石柱的ε′和ｔａｎδ的確定!!!!!!!!!!!!!!!６

７測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樣品和支撐結構!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

７．４樣品的保護!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８測試報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．１被測樣品的標識!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．２犚Ｓ值報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

８．３測試條件報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

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

參考文獻!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１７

圖１使用制冷機測試犚Ｓ隨溫度變化特性的裝置圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

圖２典型的犚Ｓ測試腔體示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

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

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

圖５表４中術語的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

圖Ａ．１各種測量微波表面電阻犚Ｓ方法結構示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

圖Ａ．２兩端由兩片沉積在介質基片上的超導薄膜短路圓柱形介質諧振器的幾何結構!!!!!１１

圖Ａ．３ＴＥ０１狆模式的狌狏和犠狏關系的計算結果!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

圖Ａ．４測量犚Ｓ、ｔａｎδ的標準介質柱的電磁場結構!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

圖Ａ．５三種形式的諧振器的結構示意圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

［２０］

圖Ａ．６設計平行超導薄膜兩端短路的ＴＥ０１１諧振器的模式圖!!!!!!!!!!!!!!１３

Ⅰ

書

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［２０］

圖Ａ．７設計平行超導薄膜兩端短路的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時標準藍寶石介質柱的典型尺寸!!!!!!!!!!!!!!!４

表２１２ＧＨｚ、１８ＧＨｚ、２２ＧＨｚ時超導薄膜的尺寸!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

表３矢量網絡分析儀的參數!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

表４藍寶石介質柱參數!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

Ⅱ

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

前言

本標準等同采用ＩＥＣ６１７８８７：２００６《電子性能測量微波頻率下超導體的表面電阻》（英文版），在

技術內容上與該國際標準一致。為了便于使用，本標準做了下列編輯性修改：

ａ）用“本標準”代替“本國際標準”。

ｂ）將“ＩＥＣ／ＴＣ９０引言”改為“引言”等有關內容。

ｃ）用小數點“．”代替作為小數的“，”。

本標準的附錄Ａ為資料性附錄。

本標準由國家超導技術聯合研究開發中心和全國超導標準化技術委員會提出。

本標準由全國超導標準化技術委員會歸口。

本標準負責起草單位：電子科技大學。

本標準參加起草單位：清華大學、南京大學、中國科學院物理研究所。

本標準主要起草人：羅正祥、劉宜平、李宏成、吉爭鳴、鄭東寧、許偉偉、張其劭、魏斌、曾成。

Ⅲ

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

引言

自從一些鈣鈦礦結構銅氧化合物發現以來，國際上對高溫氧化物超導體開展了廣泛的研究與開發

工作，在高磁場設備、低損耗能量傳輸、電子學和許多其他技術領域的應用正在取得很大的進步。

在電子學的許多領域，特別是在電信領域，微波無源器件，例如超導濾波器，正在發展之中，并且已

經進入現場試驗階段［１，２］。

用于微波諧振器、濾波器、天線和延遲線的超導材料具有損耗非常低的優點。超導材料損耗特性對

新材料的開發和對超導微波器件的設計，都非常重要。超導材料微波表面電阻犚Ｓ和表面電阻隨溫度

的變化特性，是設計低損耗微波器件所需要的重要參數。

高溫超導（ＨＴＳ）薄膜的最新進展，即它的犚Ｓ值比一般金屬低幾個數量級，更增加了對用于測試這

［３，４］

個特性的可靠技術的需要。傳統的測量鈮和其他低溫超導材料的犚Ｓ的方法是：用被測材料制作一

個三維諧振腔，測試其犙值，通過計算電磁場在腔內的分布可以求得犚Ｓ值。另外一種技術是在一個較

大的腔體內放入一個小樣品。這種技術有許多形式，但是由實驗測得的腔體總損耗計算高溫超導薄膜

的損耗時，通常都包含了所引入的不確定度。

最好的高溫超導薄膜是生長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

出高質量的薄膜。對犚Ｓ測量技術的要求是：可以用小的平坦的樣品；不需要對樣品做任何加工；不會

損壞或改變樣品；高重復性；高靈敏度（低至銅表面電阻的千分之一）；動態范圍大（高至銅的表面電阻）；

中等功率輸入時可激勵高的內部功率；溫度變化范圍寬（４．２Ｋ～１５０Ｋ）。

在數種確定微波表面電阻的方法［５，６，７］中，我們選擇了介質諧振器法，因為到目前為止，這種方法是

最受歡迎和最實用的。特別是，藍寶石諧振器是一種測試高溫超導材料微波表面電阻犚Ｓ的極好

工具［８，９］。

本標準給出的測試方法也可應用于包括低臨界溫度材料在內的其他平板狀超導塊材。

本標準目的是給目前在電子學和超導體技術領域工作的工程師，提供一個適當的、得到認可的

技術。

本標準涵蓋的測試方法是建立在ＶＡＭＡＳ（凡爾賽先進材料和標準項目）確定超導薄膜特性預標準

化工作的基礎之上的。

Ⅳ

犌犅／犜２２５８６—２００８／犐犈犆６１７８８７：２００６

高溫超導薄膜微波表面電阻測試

１范圍

本標準規定了在微波頻率下利用雙諧振器法測試超導體表面電阻的方法。測試目標是在諧振頻率

下犚Ｓ隨溫度的變化。

本標準適用于表面電阻的測試范圍如下：

———頻率