GB/T 39843-2021.Electronic characteristic measurements-Local critical current density and its distribution in large-area superconducting films.
1范围
GB/T 39843规定了用三次谐波电压感应法测量大面积高温超导(HTS)膜局域临界电流密度(Je)及其分布的方法。精确测量中最重要的因素是通过电场强度判据确定液氮温区的Je值和通过Je的频率依赖关系获得电流-电压特性。尽管可以在有直流磁场的情况下测量Je[2021],但是本标准仅适用于没有直流磁场的情况。
GB/T 39843实质上测量的是超导膜临界面电流,即J.与超导膜的厚度d的乘积。高温超导膜的J.d.的测量范围和测量分辨率如下:
Jed:从200 A/m~32 kA/m(依据实验结果,不限于);
分辨率:100 A/m(依据实验结果,不限于)。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IEC 60050-815国际电工术语第 815部分:超导电性(International electrotechnical vocabulary- Part 815:Superconductivity)
3术语和定义
IEC 60050-815:2015界定的术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了IEC 60050-815:2015中的某些术语和定义。
3.1
临界电流 critical current
在超导体中,可视为几乎是无阻流动的最大直流电流。
注:1.是磁场强度、温度和应变的雨数。
[IEC 60050-815:2015,定义815-12-01]

ICS 17.220.20.29.050
中华人民共和国国家标准
GB/T 398432021/IEC 61788-17:2013电子学特性测量
大面积超导膜的
局域临界电流密度及其分布
Electronic characteristie measurements--Local critical current density and itsdistribution in large-area superconducting films(1EC 61788-17:2013, SuperconductivityPart 17: Electronic characteristicmeasurementsLocal critical current density and itsdistribution in largc-arca supcrconducting films,IDT)2021-03-09发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-10-01实施
-riKacerKAca-
规范性引用文件
术语和定义
测量设备
感应测量的部件
测量步骤
实验线圈系数的确定
超导膜样品了。的测量
6.4单赖率下J的测量，
6.5理论线圈系数和实验线圈系数的实例?测量方法的不确定度….
影响，测量的系统误差的主要来源线圈-超导膜距离与预定估偏离的影响7.2
实验线圈系数和。的不确定度
超导膜的边缘效应
试样保扩
测试报告
测试样品的标识
8.2J。值的报先
8.3测试条件报告
附录A（资料性附录）第1章～第8章的相关附加信息附录13（资料性附录）可选的测量系统附录C（资料性附录）
不确定度考虑
附录I）（资料性附录）
参考文献
不确定度的评定
rrKaeerKAca-
GB/T 39843—2021/IEC 61788-17:2013I
-riKacerKAca-
本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。GB/T 39843—2021/IEC 61788-17:2013标准使用翻译法等同采用IEC61788-17：2013超导电性第17部分：电子学特性测量
大面积
超导膜的局高域临界电流密度及具分布》：与本标准中规范性引用的国际文件有致性对美系的我国文件如下
—G13/T2900.100—2017电工术语超导电性（1EC60050-815：2015，1D)T)。本标准做了下列编辑性修改：
修收了标准名称；
一将IEC6178817:2013的A.8、B.3C.5、D.7归入参考文献，其在义中的引用也做了相应调整；一史改厂IEC6178817：2013中术讲和定义引用的版次，并将规范性引用文件巾IEC60050（所有部分)修改为1EC60050-815：
对IEC61788-17:2013个别条款中出现的编辑性误做了修改。本标滩山中国科学院提出，
标准由全国超导标准化技术委员会（SAC/TC265)归口：本标准起草单位：上海大学、电子科技大学、上海上创超导科技有限公司、中国科学院物理研究所，本标准主要起草人：蔡传兵、刘志勇、李洁、李敏娟、张水军、陶伯万、郭艳群、白传易、熊杰、-rKaeerkca-
GB/T39843—2021/1EC61788-17:2013引言
白1986年发现以来的30多年里，高温超导体在品和技术上已有许多应用，这将引起信息传输、交通和能源领域的变革。其中，利用超导体极低表面电这一特性的高温超导（HTS)微波滤波器已经商品化：与带规滤波器相比，超导滤波器有两个主要优势，即：低插入损耗（低噪市特征）和高赖率选择性(带健哨)，这些优势能够减少基站的数量，改善通话质量.史有效地使用频率带宽.并减少不必要的无线电波噪声。
人而识超导膜已用于微波器件？：也用于新兴超导出力设备：如出阻型超导故障限流器（FCLs）\-51触发型超导故障限流器的超导故障检测.和闭环运行高温超导磁体的持续电流开关,9！临界电流密度，是描述大而积高温超导膜质量的关键参数之。无损交流感应法被广泛用于测量大面积高温超导膜的了：及其分布一，具中最普遍的是利用次请波电压Ucos（3o十0)的方法：式中u、t和3分别表示角赖率、时问和初始相位。然而，这些传统的方法并不准确，因为未考虑到，。测量的电场强度E判据。，由电流阅值I出计算得到，而有时确定I所使用的电场判据并不合适。传统的方法获得的」，侦与精确值相比有10%到20%的误差汀，因此有必要建立标准的测试方法以准确测量局域的临界电流密度及其分布.所有涉及高温超导滤波器的行业可以参考此标准进行高温超导膜的质量控制。有关感应法测量高温超导膜」。的背景知识归纳总结作附录A。这些感应测试法中，作超导膜正上方的小线圈内通人交流电流I。cosot从而产生交变磁场，可以通过磁场完全穿透超导膜时的线圈电流阅值I计算出了「。对于使用三次谐波电压U。的感应法，测量中U是I，的函数，当U：开始出现时线圈中的电流I，定义为I当I=I时，超导膜感应电场强度E与交流电流频率「成正比，可以通过简化的[3can模型进行估算11，本标准提出了一种基于电场强度判据，通过不同频率下精确测量的I出值检测U、获取-值（E-J特性曲线的幂指数）,实现J。精确测量的方法111，这种方法不仪能获得精确的」。值，而H还有助于发现非均匀样品性能退化的部分，因为性能退化部分n估的下降比。史明显-1：尽管微波器件设计的关键参数是表而电阻而不是」：，但需要注意的是此标准测试方法可以很好地评定大而积高温超导膜J。的均匀性。对SFCL：应用而言.知晓，分布至关重要，因为，的分布差只严重影响到SFIs故障时的火超点分布本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时，本义件的引言、第1章、第4章和5.1中相关内容涉及一条专利的使用，该专利保护的技术内容为不同频率下感应法测量了及确定E-了特性。本文件的发布机构对丁该专利的真实性、有效性和范用无任何立场。专利持有人已向国际电工委员会（IEC)保证，他愿意同全世界的中请人就专利授权许可免费进行谈判，该专利持有人的声明已经在I以备案，相关信息可以通过以下联系方式获得专利持有人：
National Institute of Advanced Inclustrial Science ancl Technology地址：
Intellectual Property Planning Office, Intellectual Property DepartmentI-l-l.Lmczono,Tsukuba.Iharaki Prefecturc.Japan请注意除「述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责作。
-riKacerKAca-
1范围
GB/T 39843-—2021/IEC61788-17:2013电子学特性测量大面积超导膜的局域临界电流密度及其分布
本标准现定了用三次谐波电压感应法测量人面识高温超导（HTS）膜局域临界电流密度（厂）及其分布的方法。精确测量中最重要的因素是通过电场强度判据确定液氮温区的了。值和通过」。的频率依赖关系获得电流-电压特性，尽管可以在有直流磁场的情况下测量」，\11，仙是本标准仅适用于没有占流磁场的情况。
本标准实质上测量的是超导膜临界面电流，即J。与超导膜的厚度d的乘积：高温超导膜的。c的测量范围和测量分辨率如下：—Jd：从200A/m~32kA/m（依据实验结果，不限于）；一分辨率：100）A/m（依据实验结果，不限于）。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的成用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注Ⅱ期的引用文件.其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。IEC60050-815国际电工术语第815部分：超导电性（Internationalelectrotechnicalvocabulary-—Par1 815:Superconductivity)3术语和定义
IEC60050-815：2015界定的术语和定义适用丁本文件，为了使丁使用，以小重复列出了IEC60050-815：2015中的某些术语和定义。3.1
临界电流
criticalcurrent
在超导体中，可视为几乎是无阻流动的最人直流电流，注：1是场强度、温度和应变的函数。LIEC60050815:2015，定义81512013.2
临界电流判据
critical current criterion
I判据。criterion
根据电场强度E或电阻率β确定临界电流I。的判据。注：常川的电场判据为F-10V/m或E-1c0zV/m；电阻率判据为p-10-}:0·m或。-10-Q·m。LIEC60050815:2015，定义81512023.3
临界电流密度
critical current density
rKaeerkAca-
GB/T39843—2021/1EC61788-17:2013道过导体的电流为临界电流时，导体全截而上的电流密度；或当有稳定材料时，导体中非稳定材料部分截面「的电流密度。
注：导体个截面上的电流密度义称工程电流密度（符号：」，）LIEC60050-815:2015，定义815-12-033.4
transport critical current density传输临界电流密度
由电阻率或电压测量得到的临界电流密度。[IEC 60050-815:2015，定义815-12-04-3.5
n-值（超导体）n-valuesuperconductor在特定的电场强度或电阳率区问.超导体的电压-电流曲线U(I)川近似表示为UccI°，其中I的幂指数就是超导的n值
LIEC60050815:2015,定义81512104要求
临界电流密度是描述大面积高温超导膜性能的最基本参数之一，作本标准中。及具其分布是通过检测一次谐波电压L：cOs（3cot)这种非破环性感应法测得的用安装在IITS膜正上方的小线圈打描测量区域，该线圈可产牛交变磁场并且检测三次谐波电压：为广精确测量桌电场强度判抵下的了，·应反复测量不同频率下线圈电流值，即【，刚开始出现时的线圈电流，并从其频率依巅关系中获得E-J特性
此方法测定了。绝对值的目标相对合成标准不确定度小丁10%.而测定大面积超导膜「分布均勾性时的目标相对合成标准不确定度小于5%。5装置
5.1测量设备
图1为一个次谐波电压测量方法的典型电路的示意图。该电路出信号发生器、功率放大器、测量线圈电流的数字方用表（DMM）、降低基波信号的带I滤波器、测量一次谐波电压信号的锁相放大器组成。所沙及的单线圈法，其线圈可产牛交变磁场并检测感成电压：这种方法也可以应用到双而超导膜。然而在这里提及的方法巾，需要个额外的系统，以减小由信号发牛器和功率放大器产生的谐波噪声电压-1。如图1示例，加一个与样品线圈规格相同的线圈作为抵消线圈。样品线圈安装在待测超导膜样品正上方：而抵消线圈下方放置一片了值远天丁待测样品的超导膜，其川将抵消线圈的电感调整到等丁样品线圈的电感。线圈和超导膜都浸没在液氮中（图1中虚线内）。其他可选的测量系统参见附录B.
注：在这个电路.当使用表1（参见6.5)线图1或线圈2时.为广测量d10kA/m的超导膜.需要线电流布效值约0.1A租电源电压有效值大于6V。要提供这么大的电流和电压，有必要使用均率放大器，例如NF:HSAMOII.
iiKaeerkAca-
5.2感应测量的部件
5.2.1线圈
功率放
样品薄膜
信号发生器
J :0.2kHz~20kHz
参考信号
分流器(~1Q)
GB/T39843-—2021/IEC61788-17:2013锁相效大器
双通道滤波器
数字万
大Ja薄膜
个人计
感应法测量高温超导膜。的电路示意图日前，能够制备的大而积高温超导膜的直径可达25cm。商业上用于制备微波滤波器的古径约为5cml，直径为约10cm和面利为2.7cmX20cm的大面积YBa：Cu：0.（YBc0）超导膜被用来制造SFCLs模块--5-测量这类超导膜的J：宜选用外径2mm到5mm之间的样品线圈：为「在超导膜上衣面产生尽可能高的磁场，样品线圈适宜采用扁平儿何结构。典型的规格如下：a）线圈内径D,:0.9mm，外径Dz：4.2mm高度h：1.0mm，直径50μm的铜线绕400匝。b）线圈内径Dl:0.8mm.外径Dz:2.2mm.高度h：1.0mm.直径50m的铜线绕200匝。5.2.2隔离膜
通常，用厚度为50um125m的聚酰亚胺膜保扩高温超导膜。一般在线圈绕组底部有一些保护层，这也使超导膜与线圈中的焦热实现隔离，保扩层典型的厚度是100m~150m，并且线圈与超导膜的距离2.一般保持在200m
5.2.3线圈装配
保持线圈绕组的底部与超导膜的问距为规定值Z-，样品线圈应以是够强度压在超导膜上，通常压力约在0.2MPa以11。为此，需要一重物或弹簧，如图2所示。左图是实现超导膜人范国扫描的系统示意图，在测量（，之前，线圈先是1升一段距离，然后向移动到月标位置，最后下降压在超导膜：。应选择一二个适当的压力，过高的压力会损害线筒线圈、高温超导膜或衬底。据报道，20MPa的横3
-riKaeerkca-
GB/T39843—2021/1EC61788-17:2013向压成力作用会使沉积在双轴织构纯镍基底上的YBCO性能退化3重物
z移动
X.I-移动
超导薄膜
（附聚酰亚胺）
弹贫 (磷青铜)
十线筒
超导薄膜
（附聚酰亚胺膜）
图2样品线圈压向高温超导膜的技术图解5.2.4校准晶片
校准品片用于确定下节要介绍的实验线圈系数k，它是由均勾的大而积（直径通常约5cm）Y13超导膜制成的，品片上同时有用于传输法测量的微桥和用于感成法测量的区域（见图3）。传输微桥的典型尺寸是宽20m~70m，长1mm~2mm，可以通过紫外线光刻技术或激光蚀刻获得l。感应测量区域
传输微桥
图3用于确定实验线圈系数的校准晶片示例6测量步骤
6.1总则
确定实验线圈系数k及测量待测超导膜了的步骤如下，其中的含义参见附录A中的A,5-rKaeerkAca-
6.2实验线圈系数的确定
6.2.1理论线圈系数k的计算
通过式(1)计算理论线圈系数k=d/Ih：k-Fm
式中．
Fm——F(r)的最大值：
的丽数：
离中心轴线的距离（见图4)，
GB/T39843—2021/IEC61788-17:2013（）
—2H.(r.t)/I.coscot=21,/I，由式(2)获得：线圈因子丽数F(r)=
式中：
S=(R2-R)h
R—D,/2
Z.= Z, Iht.
rzcoso
drdode
([r1r'?
2rr'cos9)32
2元SJR
线圈匝数；
截面积：
线圈内半径：bZxz.net
线圈外半径：
线圈超导膜问距；
式(2)的推导参见附录A中的A.3
图4样品测量过程中线圈和磁场示意图6.2.2校准晶片中微桥的传输测量测量步骤如下：
利用四引线法测量校准品片上微桥的E-「特性关系曲线，并获得其幂指数规律：a)
·（2)
b）对至少3个不同的微桥进行重复测量。图5上部（E值较大区域)显示了3个桥的组测量数5
KaeerkAca-
GB/T 39843—2021/IEC 61788-17:2013(n-20.5~23.8)。
6.2.3校准晶片的U测量
测量步骤如下：
个一到四种频率下·测量校准品片感应测量区的与线圈电流的美系·并使用恒电感判（即U,/f：—2元l..)获得实验1m：为了能使用简化式(4)计算电场参见7.1c)和附录D中的ID.27.在具有足够人信噪比S/N的范国内，判据1，宜尽可能地小。图6显示了2元l.2·s的一个测量实例。
b）刘超导膜上至少个点逊行重复测量。6.2.4基于1，的频率依赖数据计算L-J特性计算步骤如下：
a）使用不同频率下获得的I和6.2.1中计算得到的理论线圈系数，确定超导膜的J.（=灵I)，并通过下式计算刚好完全穿透时超导膜中平均的感生电场E，式（4)的推导参见附录A中的A.4.
Eg2.04uafaJm=2.01u.kfdI
b）通过 E和了关系，获得 E-」特性关系数据：E.=A.XJ
并与传输-」特性数热绘制在同图巾。图5中虚线显示了超导膜的=个点的=组测量数据，传输数据和（，感应数据在此阶段并未匹配。10-1
YBC0/Ce0,A1,O,.300 nm
(CalbWF5A3&TH052Au)
77.3K,0 T
CalbWF5A3
由得到的
2×10-9
TH052Au
\CalbWF5A3”
出得到的上一
3×10:0
4×10:0
图5传输法和U：感应方法测定的E-J特性曲线-rrKaeerkAca-
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