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高溫超導微波元件設計Design of high temperature superconductivity microwave devices 學 生：施冠州 指導教授：孫允武博士 大綱 一、簡介 二、元件設計 三、實驗方法、結果與討論 四、結論 超導基本特性簡介 所謂超導體必須具備兩個特性：電阻為零、完全反磁性。 影響超導性的三種主要因素：溫度、磁場、電流 高溫超導微波元件設計 何謂超導故障電流限流器 通路上串聯一超導限流元件，當輸出有狀況發生，例如短路，電源可能輸出一過大的電流，只要通過超導限流元件的電流超過超導的臨界電流(Jc)時，使超導體從零電阻的超導態轉變為高阻抗的正常態，來抑制電流，保護系統。 故障電流限流器電路示意圖 高溫超導限流器使用材枓種類 薄膜。 塊材。 高溫超導型限流器大致可分為三種： (1)電阻式故障電流限流器。 (2)感應型故障電流限流器。 (3)屏蔽式故障電流限流器。 高頻系統高溫超導限流器的設計 基板材料考量 各種基板導熱比較 YBCO薄膜與不同基板間的thermal boundary resistance 元件結構及尺寸的考量 50歐姆 共平面波導設計不同線寬(w)可調整不同的臨界電流(critical current) meandering 共平面波導限流元件設計圖樣 不同大小的電流脈衝超導電阻變化與時間的關係 薄膜的臨界電流密度與超導相變切換時間的關係 不同的gap的寬度對應液態氮的崩潰電壓 不同倍率的電流脈衝下的ybco膜電阻係數與溫度的關係 阻抗匹配50歐姆不同長度的共平面波導限流元件 長度為78mm CPW限流元件光罩(substrate 25mm*25mm) 長度為135mmCPW限流元件光罩(substrate 25mm*25mm) 長度為180mmCPW限流元件光罩(substrate 25mm*25mm) 樣品介紹 樣品製作 樣品曝光顯影後照片 蝕刻( etching ) 限流器成品圖 (尺寸 25mm*25mm) 限流器量測示意圖 ybco膜電阻對溫度的變化量測示意圖 ybco膜電阻對溫度的變化 Slotline ring resonator 設計 slotline ring resonator結構圖 Slotline ring resonator 共振頻率由下列方程式決定 將方程式(2.1)推導後，可以得到slotline ring平均半徑與共振頻率的關係如下： 設計步驟 slotline ring resonator光罩圖形(基板尺寸6mm*6mm) 共振器成品圖(尺寸 6mm*6mm) 樣品打線及封裝 量測線路示意圖 共振頻率和介入損失(insertion loss) 討論 結論 參考資料 [25] Porch, A.; Lancaster, M.J.; Humphreys, R.G., The coplanar resonator technique for determining the surface impedance of YBa2Cu3O7-δ thin films, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on , Volume: 43 Issue: 2 , Feb 1995. [26] Hattori, W.; Yoshitake, T.; Tahara, S., A 5-μm-wide 18-cm-long low-loss YBa2Cu3O7-δcoplanar line for future multichip module technology, Applied Superconductivity, IEEE Transactions on , Volume: 8 Issue: 3 , Sept. 1998. [27] Goodrich, L.F.; Srivastava, A.N.; Stauffer, T.E.; Roshko, A.; Vale, L.R., High current pressure contacts to Ag pads on thin film superconductors, Applied Superconductivity, IEEE Transactions on , Volume: 4 Issue: 2 , Jun 1994. [28] Decroux, M.; Antognazza, L.; Musolino, N.; de Chambrier, E.; Reymond, S.; Triscone, J.-M.; Fischer, O.; Paul, W.; Chen, M., Properties o