扫描SQUID显微镜分辨率的改进及其在漏电电流无损检测中的应用研究

论文摘要

自1986 年高温超导体出现以来,超导量子干涉器件的应用日益受到重视。本文就如何改进中科院物理所SC6 组研制成功的扫描SQUID 显微镜的空间分辨率进行了有益的探讨,同时也在扫描SQUID 显微镜在无损检测的应用,尤其是在检测微弱电流上做了一些原理性的工作。本文首先介绍了Josephson 效应及超导量子干涉仪（SQUID）的工作原理,然后介绍了扫描SQUID 显微镜的发展。扫描SQUID 显微镜是一种弱磁信号测量仪器。中科院物理所SC6 组研制成功的扫描SQUID 显微镜由高温超导材料YBCO制作的SQUID 器件及其电子学系统,低温维持系统,真空隔离系统,样品装载系统,数据采集及控制系统组成,其磁场灵敏度约为46pT/Hz1/2,空间分辨率约为400um。其中空间分辨率较差,约为400um,离最好的100um 空间分辨率（检测室温样品）相差较大,因此本文作者和乌克兰Bondenranko 教授合作,通过一种磁聚焦方法进行改进,并取得了进展。本文首先从室温模拟出发,研究了代表磁聚焦器聚焦能力的磁聚焦参数K 和磁聚焦器几何尺寸之间的重要关系。然后,根据磁聚焦参数和实际的扫描SQUID 显微镜,设计出了初步的磁聚焦器。具体的测试实验正在进行中。本文在SQUID 无损检测方面的应用也做了某些原理性方面的探讨,结合微电子工业的无损检测需求,我们使用载流导线模拟微电子器件,在检测微弱电流上做了原理性的研究,即从微弱电流产生的磁场分布中反演得到微弱电流的分布。通过加载10mA 的微弱电流到（0.1mm）小直径的漆包线模拟微型电路,然后使用扫描SQUID 显微镜检测由微弱电流激发的磁场。随后,本文从Biot-Savart 定律出发,结合电流与磁场之间的傅立叶转换关系,建立了一个二平面模型来描述磁场反演电流的过程,结果成功得到了原始的漆包线形状,即电流的分布。

论文目录

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英文摘要

1 Josephson 效应及超导量子干涉仪原理

1.1 Josephson 效应的提出

1.2 Josephson 效应的发现

1.3 Shapiro 台阶

1.4 超导量子干涉仪（SQUID）和SQUID 磁强计

1.4.1 超导量子干涉仪（SQUID）

1.4.2 SQUID 磁强计及其原理

1.5 DC SQUID 的工作原理

1.5.1 DC SQUID 的工作原理

1.5.2 SQUID 的噪声

2 SQUID 显微镜的发展及现状

2.1 SQUID 显微镜的发展

2.2 可检测室温样品的扫描SQUID 显微镜

2.3 国外使用磁聚焦器的现状

3 扫描SQUID 显微镜在无损检测中的应用

3.1 无损检测

3.1.1 无损检测的简介

3.1.2 常规无损检测技术

3.1.3 扫描SQUID NDT 系统

3.1.4 检测静磁材料的表面擦伤

3.1.5 检测无磁导电材料的内部缺陷

4 扫描SQUID 显微镜空间分辨率的改进方法

4.1 SQUID 显微镜的空间分辨率

4.1.1 空间分辨率的计算

4.2 磁聚焦器的研制

4.2.1 室温模拟实验

4.2.2 磁聚焦参数

4.2.3 结论及分析

4.3 磁聚焦器的测试

4.3.1 SQUID 显微镜法兰底盘的改进

4.3.2 磁聚焦器的制作

4.3.3 磁聚焦器的安装与使用

5 微弱电流的检测

5.1 无损检测在微电子工业上的应用前景

5.2 检测载流导线的磁场

5.3 二平面模型

5.4 二平面模型的应用

6 总结

致谢

参考文献

附录 1. 作者在攻读硕士士学位期间发表的论文

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标签：扫描显微镜论文; 磁聚焦论文; 无损检测论文; 二平面模型论文;

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