【摘要】：超導(dǎo)薄膜的微波表面阻抗Zs=Rs+iωμ0γ是它的一個(gè)重要性能指標(biāo),其中Rs是表面電阻,Xs是表面電抗。Rs表征超導(dǎo)薄膜的微波損耗,反映了準(zhǔn)粒子的密度；x。正比于磁穿透深度,反映了電子對(duì)的密度,從它隨溫度的變化關(guān)系,還可以得到超導(dǎo)能隙的有關(guān)信息,因此精密測(cè)量這一參數(shù)對(duì)于了解材料的物理和電子學(xué)特性,發(fā)展新材料和設(shè)計(jì)超導(dǎo)電子學(xué)元件都有重要意義。本文中所采用的測(cè)試方法為藍(lán)寶石介質(zhì)諧振器法,它用超導(dǎo)薄膜單端短路在介質(zhì)諧振器的一端,通過(guò)測(cè)量微波介質(zhì)諧振器的品質(zhì)因數(shù)Q和諧振頻率f0隨溫度變化的關(guān)系來(lái)確定超導(dǎo)薄膜的微波表面阻抗。由于介質(zhì)損耗在低溫下非常小,諧振時(shí)絕大部分電磁能量集中在介質(zhì)內(nèi)部,輻射損耗低,因此諧振腔的品質(zhì)因數(shù)高；另外藍(lán)寶石介質(zhì)的介電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性很高,因此可以近似認(rèn)為諧振器的頻率隨溫度的變化主要來(lái)自于超導(dǎo)薄膜穿透深度隨溫度的變化。因此介質(zhì)諧振器可以較精確地測(cè)量超導(dǎo)薄膜的表面阻抗。本文設(shè)計(jì)和制作了一個(gè)工作于TEo1s模式,諧振頻率在18.3GHz左右的藍(lán)寶石介質(zhì)諧振器,其無(wú)載品質(zhì)因數(shù)在3K時(shí)可達(dá)到130900。用此方法可以對(duì)薄膜進(jìn)行無(wú)損傷測(cè)量,測(cè)量后的薄膜還可繼續(xù)使用。通過(guò)測(cè)量和計(jì)算兩片Nb超導(dǎo)薄膜和兩片NbN超導(dǎo)薄膜樣品的表面阻抗、穿透深度、電導(dǎo)率等,來(lái)驗(yàn)證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確與否,同時(shí)也可以從數(shù)據(jù)中反應(yīng)出我們的測(cè)試系統(tǒng)存在哪些問(wèn)題存在,以及將來(lái)如何解決這些問(wèn)題等。
[Abstract]:The microwave surface impedance (Zs=Rs I 蠅 渭 0 緯) of the superconducting thin films is one of its important performance indexes, in which Rs is the surface resistance and Xs is the surface reactance. Rs characterizes the microwave loss of the superconducting films and reflects the density of quasiparticles. It is proportional to the depth of the magnetic penetration and reflects the density of the electron pair. From the relationship between the electron pair and the temperature, the information about the superconducting energy gap can also be obtained. Therefore, the precise measurement of this parameter is useful for understanding the physical and electronic properties of the material. The development of new materials and the design of superconducting electronic components are of great significance. The test method used in this paper is the sapphire dielectric resonator method, which shortens the dielectric resonator at one end of the dielectric resonator by using a single end of the superconducting thin film. The microwave surface impedance of the superconducting film is determined by measuring the relationship between the quality factor Q and the resonant frequency f _ 0 of the microwave dielectric resonator. Because the dielectric loss is very small at low temperature, most of the electromagnetic energy is concentrated in the medium and the radiation loss is low, so the quality factor of the resonator is high. In addition, the temperature stability of dielectric constant of sapphire medium is very high, so it can be approximated that the frequency of the resonator varies with temperature mainly because the penetration depth of superconducting film varies with temperature. Therefore, the dielectric resonator can accurately measure the surface impedance of the superconducting film. In this paper, a sapphire dielectric resonator working in TEo1s mode with resonance frequency of about 18.3GHz is designed and fabricated. Its no-load quality factor can reach 130900 at 3K. The method can be used to measure the film without damage, and the measured film can be used. The surface impedance, penetration depth and conductivity of two Nb superconducting films and two NbN superconducting films were measured and calculated to verify the accuracy of the whole testing system. At the same time, it can also reflect from the data what problems exist in our test system and how to solve these problems in the future.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：2372509