矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)的關(guān)斷特性研究.pdf

1、超導(dǎo)開關(guān)是利用超導(dǎo)體的零電阻特性實現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行，并利用超導(dǎo)體失超產(chǎn)生失超電阻的原理實現(xiàn)斷路作用的開關(guān)。在當(dāng)前的研究和應(yīng)用中，超導(dǎo)開關(guān)多采用低溫超導(dǎo)材料和第一代Bi系高溫超導(dǎo)帶材制作而成。低溫超導(dǎo)材料的臨界溫度較低，一般情況工作在液氦溫區(qū)，運(yùn)行成本較高;Bi系高溫超導(dǎo)帶材由于強(qiáng)烈的各向異性使得其臨界電流易受磁場的影響;而矩形雙面超導(dǎo)薄膜可以工作在液氮環(huán)境，制作簡便，體積小重量輕，不易受到磁場影響，所以本文采用矩形雙面超導(dǎo)薄膜作為超導(dǎo)開關(guān)原件

2、。
　　本文首先引出了矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)的概念，即開關(guān)單元被設(shè)計在鋁酸鑭(LaAlO3)基底層的兩面，這種雙面結(jié)構(gòu)具有非常重要的物理意義:首先區(qū)別于圓形超導(dǎo)薄膜，矩形超導(dǎo)薄膜具有一定的長度和寬度，相應(yīng)電壓、電流等級的超導(dǎo)開關(guān)可以通過超導(dǎo)薄膜的線性連接實現(xiàn)，無需設(shè)計導(dǎo)電圖形，設(shè)計步驟簡便;其次當(dāng)雙面的超導(dǎo)開關(guān)同時工作時可以進(jìn)一步提高超導(dǎo)開關(guān)的集成度，減少鋁酸鑭(LaAlO3)基底層的用量。
　　本文設(shè)計了一個大小為4cm×1

3、cm，以鋁酸鑭(LaAlO3)為基底層的矩形雙面結(jié)構(gòu)薄膜開關(guān)模塊，通過仿真和實驗對矩形雙面結(jié)構(gòu)薄膜開關(guān)的關(guān)斷特性進(jìn)行了分析。首先，對矩形雙面超導(dǎo)薄膜正常工作狀態(tài)的載流模式進(jìn)行仿真研究，仿真表明矩形雙面超導(dǎo)薄膜交流損耗低，具有十分良好的載流性能。其次，對4cm×1cm尺寸的矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)模塊進(jìn)行50V，70V，90V三種沖擊電壓情況下的短路實驗，實驗發(fā)現(xiàn)矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)失超傳播特性良好，具有較好的失超同步特性，并計算了多組沖擊電

4、壓等級下，該開關(guān)的失超傳播速度。再次，對矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)進(jìn)行了在較高沖擊電壓下的失超回復(fù)實驗，得到了該開關(guān)在不同電壓下的失超回復(fù)時間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，矩形雙面超導(dǎo)薄膜的回復(fù)時間和通入的沖擊電壓幅值，以及通入的沖擊電壓時間成正比例關(guān)系。最后，在總結(jié)了上述實驗理論分析的基礎(chǔ)上，再對薄膜開關(guān)進(jìn)行了多種沖擊電壓下的短路關(guān)斷實驗，通過計算超導(dǎo)開關(guān)的失超傳播速度，得到了此開關(guān)的最大可承受電壓。
　　論文對矩形雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)的正常工作、失超關(guān)斷