CN107329098B

CN107329098B - 全张量磁场梯度测量组件及制备方法

Info

Publication number: CN107329098B
Application number: CN201710363781.4A
Authority: CN
Inventors: 王会武; 张栖瑜; 刘全胜; 应利良; 王镇
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2019-09-24
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: CN107329098A

Abstract

本发明提供一种全张量磁场梯度测量组件及制备方法，至少包括：衬底、制备在所述衬底上的第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件用于测量Gzy磁场梯度分量。本发明在同一衬底上制备5个SQUID器件，且每个SQUID器件探测1个分量，减小了组件体积和安装难度，降低制备成本。

Description

全张量磁场梯度测量组件及制备方法

技术领域

本发明属于超导电子学技术领域，特别是涉及一种全张量磁场梯度测量组件及制备方法。

背景技术

测量地球磁场异常可以确定含磁性矿产对象的空间位置和形状﹐从而推断区域地质构造﹑矿产分布等。在对地球磁场异常探测研究中，利用磁传感器测量地球磁场的梯度变化量，相比于地球磁场测量，能够获得磁场异常更多的信息。通过对磁场梯度测量数据的三维反演和解释，可以获得地球磁场异常的重要信息。因此，磁场梯度测量是一项极具应用潜力的技术。

磁场一阶梯度有9个分量，分别是其中x，y，z分别代表空间的3个方向，Bx，By，Bz分别是磁场在x，y，z空间方向上的磁场分量，可以将上述9个分量简写为Gxx，Gxy，Gxz，Gyx，Gyy，Gyz，Gzx，Gzy，Gzz，根据麦克斯韦方程，可以分析得知，这9个分量具有一定的对称关系，即Gxy＝Gyx，Gyz＝Gzy，Gxz＝Gzx，Gxx+Gyy+Gzz＝0，在上述4个约束条件下，因此这9个磁场梯度分量只包含5个独立分量。在测量5个独立磁场梯度分量的数据之后，并结合一定的算法即可计算出全张量的9个分量的全部数据。因此，测量全张量磁场梯度需要至少5个磁场梯度传感器，这5个传感器在空间按一定构型排列并分别测量5个独立分量。

在超导环中插入两个约瑟夫森结构成了超导量子干涉器件(SQUID)，它是以超导磁通量子化和约瑟夫森效应为原理的超导量子器件。相比于磁通门等磁传感器，SQUID器件具有灵敏度高，体积小等特点，因此，其是全张量磁场梯度测量组件中的主要传感器。在构造全张量磁场梯度测量组件时，在组件的不同表面上安装5个或更多个超导梯度SQUID器件，并分别测量5个独立分量，组件的结构有多种形式，如图1所示，它利用5个超导平面梯度SQUID器件来测量全张量中9个分量中的Gzx，Gyz，Gyx分量和另外2个由分量构成的组合。

超导SQUID梯度计采用微加工工艺制备，利用一阶梯度线圈与SQUID器件耦合，构成一阶超导SQUID梯度计，如图2所示，一阶梯度线圈由两个面积和形状相同，但是绕向相反的线圈构成，在均匀磁场下，两个线圈耦合到SQUID器件的磁通数值相同，但方向相反，相互抵消，因此均匀磁场不在一阶超导SQUID梯度计产生反应，当磁场存在空间梯度时，梯度线圈在SQUID器件中产生磁通，因此，可以利用超导SQUID梯度计来检测磁场梯度。图3为另一种测量磁场梯度的结构。

在绝缘衬底上利用微加工工艺制备完成超导SQUID梯度计之后，将其安装在印刷电路板(PCB)上，超导SQUID梯度计引脚与PCB板上电极相连，再利用屏蔽电缆将对应的PCB板上电极与SQUID读出电路的接口连接起来。由于超导SQUID梯度计尺寸在厘米量级，因此上述安装有超导SQUID梯度计的全张量磁场梯度测量组件的尺寸在厘米甚至分米量级。由于将超导SQUID梯度计安装于组件表面不是在一个平面上来进行，而是在空间结构复杂的组件表面来进行，因此，其安装难度比较复杂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全张量磁场梯度测量组件及制备方法，用于解决现有技术中全张量磁场梯度测量组件体积大、安装难度大、制备成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全张量磁场梯度测量组件的制备方法，所述制备方法至少包括：

首先提供一衬底，然后在所述衬底上至少制备形成第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述制备第一SQUID器件方法包括：

1)于所述衬底上依次外延生长第一超导材料层、第一绝缘材料层、第二超导材料层的三层薄膜结构；

2)刻蚀所述三层薄膜结构，以形成超导环和底电极；

3)刻蚀所述底电极上的部分所述第二超导材料层和第一绝缘材料层以形成约瑟夫森结；

4)在所述步骤3)形成的结构表面形成第二绝缘材料层，开孔以露出所述约瑟夫森结的第二超导材料层表面、底电极表面；

5)沉积第三超导材料层，并刻蚀所述第三超导材料层形成顶电极和输入线圈，所述顶电极用于引出所述约瑟夫森结。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件以及第五SQUID器件的制备方法与所述第一SQUID器件的制备方法相同。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第一梯度线圈的制备方法包括：

在所述步骤2)中，形成所述超导环和底电极的同时，刻蚀所述三层薄膜结构，形成多条底层梯度线圈层；

在所述步骤3)中，形成所述约瑟夫森结的同时，刻蚀去除所述多条底层梯度线圈层上的所述第二超导材料层和第一绝缘材料层；

在所述步骤4)中，开孔露出所述约瑟夫森结的第二超导材料层表面、底电极表面的同时，开孔露出每条底层梯度线圈层的两端表面；

在所述步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第一梯度线圈，所述第一梯度线圈与所述输入线圈相连，所述第一梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与X轴方向平行且中心连线与X轴方向平行。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第二梯度的制备方法包括：

在所述步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第二梯度线圈，所述第二梯度线圈与所述输入线圈相连，所述第二梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与Y轴方向平行。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第三探测线圈的制备方法包括：

在所述步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第三梯度线圈，所述第三梯度线圈与所述输入线圈相连，所述第三梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与X轴方向平行。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第四梯度线圈的制备方法包括：

在所述步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成第四梯度线圈，所述第四梯度线圈和第四SQUID器件上的所述输入线圈相连，所述第四梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Z轴方向平行且中心连线与X轴方向平行。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的制备方法的一种优化的方案，所述第五梯度线圈的制备方法包括：

在所述步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成第五梯度线圈，所述第五梯度线圈和第五SQUID器件上的所述输入线圈相连，所述第五梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Z轴方向平行并且中心连线与Y轴方向平行。

本发明还提供一种利用上述制备方法制备获得的全张量磁场梯度测量组件，所述全张量磁场梯度测量组件至少包括：衬底、制备在所述衬底上的第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量。

作为本发明全张量磁场梯度测量组件的一种优化的方案，所述第一梯度线圈、第二梯度线圈和第三梯度线圈为单匝或多匝结构。

本发明再提供一种利用上述测量组件进行全张量磁场梯度测量的用途。

如上所述，本发明的全张量磁场梯度测量组件及制备方法，具有以下有益效果：

本发明在同一个衬底上制备了5个SQUID器件及对应的梯度线圈，每一个超导SQUID器件和对应的梯度线圈探测1个独立的磁场梯度分量，这种方法减小了全张量磁场梯度探测组件的体积和安装难度，并降低了制备成本。

附图说明

图1为现有技术中的全张量磁场梯度测量组件示意图。

图2和3为现有技术中测量磁场梯度分量的两种结构示意图。

图4～图8为本发明全张量磁场梯度测量组件中第一SQUID器件和第一梯度线圈制备流程结构示意图。

图9为本发明全张量磁场梯度测量组件中第一SQUID器件和第一探测线圈的俯视图。

图10为本发明全张量磁场梯度测量组件中第三SQUID器件和第三探测线圈的俯视图。

图11为本发明全张量磁场梯度测量组件中第四SQUID器件和第四探测线圈的俯视图。

图12为本发明全张量磁场梯度测量组件整体排列图。

元件标号说明

1 SQUID器件

11 第一SQUID器件

13 第三SQUID器件

14 第四SQUID器件

101 衬底

102 第一超导材料层

103 第一绝缘材料层

104 第二超导材料层

105 底电极

106 底层梯度线圈层

10 约瑟夫森结

107 第二绝缘材料层

108 顶电极

109 顶层梯度线圈层

2 超导环

3 输入线圈

4 梯度线圈

401 第一梯度线圈

402 第二梯度线圈

403 第三梯度线圈

404 第四梯度线圈

405 第五梯度线圈

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种全张量磁场梯度测量组件的制备方法，所述制备方法至少包括：

首先提供一衬底，然后在所述衬底上至少制备第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量。

需要说明的是，制备所述第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件以及第五SQUID器件的方法步骤相同，且形成的结构优选相同。制备所述第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈的方法步骤也相同，区别在于第一梯度线圈、第二梯度线圈和第三梯度线圈的中心连线方向及法线方向不同。另外，第四梯度线圈和第五梯度线圈的方法步骤也相同，区别在于第四梯度线圈和第五梯度线圈的中心连线方向不同。

需要说明的是，5个SQUID器件的制备和5个梯度线圈的制备可以同时进行。本实施例中先以制备第一SQUID器件和第一梯度线圈为例进行说明。

首先执行步骤1)，如图4所示，于衬底101上依次外延生长第一超导材料层102、第一绝缘材料层103、第二超导材料层104的三层薄膜结构。

具体地，本发明可以采用磁控溅射方式依次外延生长第一超导材料层102、第一绝缘材料层103、第二超导材料层104的三层薄膜结构。所述第一超导材料层102、所述第一绝缘材料层103及所述第二超导材料层104可以在不破坏真空环境的情况下分别在不同的腔室生长。

更具体地，提供一衬底101，所述衬底101包括：硅衬底、氧化镁衬底或蓝宝石衬底。在本实施例中，为了制备高质量的超导薄膜，所述衬底101优选为氧化镁衬底。

作为示例，所述第一超导材料层102、第二超导材料层104可以为氮化铌或铌等。本实施例中，所述第一超导材料层102和第二超导材料层104均为氮化铌材料。

作为示例，所述第一绝缘材料层103为氮化铝、氧化铝或氧化镁等。本实施例中优选氮化铝作为第一绝缘材料层103。所述第一绝缘材料层103的厚度可以为1.2nm～2.4nm，在本实施例中，所述第一绝缘材料层103的厚度仅为2nm。

其次执行步骤2)，如图5所示，刻蚀所述三层薄膜结构，以形成超导环和底电极105。

具体地，利用微加工工艺刻蚀出超导环和底电极105图形，所述微加工工艺包括但不限于光刻和刻蚀。刻蚀出的所述第一超导材料层102一部分作为超导环，一部分作为底电极105。

在本步骤中，刻蚀形成超导环和底电极105的同时，刻蚀三层薄膜结构形成多条底层梯度线圈层106，如图5所示。所述底层梯度线圈层106整体与第一SQUID器件11的距离根据具体器件的设计尺寸来定。所述底层梯度线圈层106的形状不限，其横截面形状优选为长方形。

然后执行步骤3)，如图6所示，刻蚀所述底电极105上的部分所述第二超导材料层104和第一绝缘材料层103以形成约瑟夫森结10。

如图6所示，刻蚀所述底电极105上的部分所述第二超导材料层104和第一绝缘材料层103后，剩余的第二超导材料层104、第一绝缘材料层103和底电极105(即第一超导材料层)形成约瑟夫森结10。

本步骤中，形成约瑟夫森结10的同时刻蚀去除所述多条底层梯度线圈层106上的所述第二超导材料层104和第一绝缘材料层103。

接着执行步骤4)，如图7所示，在所述步骤3)形成的结构表面形成第二绝缘材料层107，开孔以露出所述约瑟夫森结10的第二超导材料层104表面、底电极105表面。

具体地，所述第二绝缘材料层107的材质为氮化硅或二氧化硅。在本实施例中，所述第二绝缘材料层107的材质为氧化硅，在后续步骤中，用于隔离所述约瑟夫森结10的顶电极和底电极。

本步骤中，可以同时开孔露出每条底层梯度线圈层106的两端表面，第二绝缘材料层107可以隔绝梯度线圈的顶层和底层。

最后执行步骤5)，如图8和9所示，沉积第三超导材料层，并刻蚀所述第三超导材料层形成顶电极108和输入线圈3，所述顶电极108用于引出所述约瑟夫森结10。图8为剖视图，图9为图8的俯视图。

具体地，在步骤5)制备的结构表面沉积所述第三超导材料层，刻蚀形成的顶电极108用于引出约瑟夫森结10的电性。

本步骤中，形成顶电极108、输入线圈3的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层109，所述顶层梯度线圈层109通过开孔中的第三超导材料连接相邻两条底层梯度线圈层106，所述顶层梯度线圈层109和底层梯度线圈层106构成第一梯度线圈401，所述第一梯度线圈401与所述输入线圈3相连，所述第一梯度线圈401包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与X轴方向平行且中心连线与X轴方向平行，如图9和图12所示，从而实现Gxx磁场梯度分量的测量。所述第一梯度线圈401可以是多匝结构，也可以是单匝，即一个线圈。

需要说明的是，两个第一梯度线圈401通过所述顶层梯度线圈层109和底层梯度线圈层106形成立体线圈结构，这两个第一梯度线圈401的绕线方向相反，即，其中一个顺时针绕线，则另一个就为逆时针绕线。

作为示例，所述第三超导材料层可以为氮化铌或铌等。本实施例中，所述第三超导材料层为氮化铌材料。

另外，所述第一梯度线圈401的匝数和尺寸可以随实验要求而优化，以达到测量要求。

制备所述第二梯度线圈402和第一梯度线圈401的步骤类似，唯一的区别在于，第二梯度线圈402所包括的两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与Y轴方向平行，如图12所示，从而实现Gyy磁场梯度分量的测量。具体制备第二梯度线圈402的步骤不再展开描述。

制备第三梯度线圈403与制备第一、二梯度线圈401、402也类似。唯一的区别在于，所述第三梯度线圈所包括的两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与X轴方向平行，如图10和图12所示，从而实现Gyx磁场梯度分量的测量。具体制备第三梯度线圈402的步骤不再展开描述。

上述，同样，第二梯度线圈所包括的两个线圈的绕线方向相反，第三梯度线圈所包括的两个线圈的绕线方向也相反。

制备所述第四梯度线圈404与制备第一、二、三梯度线圈401、402、403有所不同。制备所述第四梯度线圈404只需要在上述步骤5)制备形成顶电极108、输入线圈3的同时，刻蚀所述第三超导材料层便形成第四梯度线圈404，并且所述第四梯度线圈404和第四SQUID器件14上的所述输入线圈相连，所述第四梯度线圈404所包括的两个线圈的法线方向与Z轴方向平行且中心连线与X轴方向平行，从而实现Gzx磁场梯度分量的测量，如图11和图12所示为第四SQUID器件14和第四梯度线圈404。具体制备第四梯度线圈404的步骤不再展开描述。

制备所述第五梯度线圈405和第四梯度线圈404的步骤类似，唯一的区别在于，所述第五梯度线圈405和第五SQUID器件15上的所述输入线圈相连，所述第五梯度线圈405所包括的两个线圈的法线方向与Z轴方向平行并且中心连线与Y轴方向平行，如图12所示，从而实现Gzy磁场梯度分量的测量。具体制备第五梯度线圈405的步骤不再展开描述。

图12给出五个器件在衬底上的排列方式，按此方式，可以在同一块衬底101上制备五个超导器件，每一个超导器件探测一个独立的磁场梯度分量。需要说明的是，为了图示方便，图12中省略了各个SQUID器件，而仅仅展示了各个器件的梯度线圈结构。

本发明还提供一种全张量磁场梯度测量组件，如图9～12所示，该组件由上述制备方法制备获得，所述全张量磁场梯度测量组件至少包括：衬底101、制备在所述衬底101上的第一SQUID器件11、第二SQUID器件、第三SQUID器件13、第四SQUID器件14、第五SQUID器件以及第一梯度线圈401、第二梯度线圈402、第三梯度线圈403、第四梯度线圈404、第五梯度线圈405，其中，所述第一梯度线圈401与所述第一SQUID器件11相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈402与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈403与所述第三SQUID器件13相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈404与所述第四SQUID器件14相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈405与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量。

组件中，所述第一梯度线圈401、第二梯度线圈402以及第三梯度线圈403为单匝或多匝结构。所述第一梯度线圈401、第二梯度线圈402以及第三梯度线圈403的底层梯度线圈层与器件中的第一超导材料层(超导环和底电极)为同一层，顶层梯度线圈层与第三超导材料层(顶电极和输入线圈)为同一层。

所述第一梯度线圈401、第二梯度线圈402以及第三梯度线圈403优选为多匝线圈结构，多匝线圈感应磁场的面积比单匝线圈大，而且当多匝线圈的电感与SQUID输入线圈的电感相当时，外界磁场耦合到SQUID器件的数值最优化，所以通常情况下线圈匝数由实际设计来确定。

利用本发明的测量组件，可以顺利测量出5个独立的磁场梯度分量，再结合一定的算法，即可计算出全张量磁场梯度的9个分量的全部数据。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：

首先提供一衬底，然后在所述衬底上至少制备形成第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量；

其中，所述第一梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与X轴方向平行且中心连线与X轴方向平行；所述第二梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与Y轴方向平行；所述第三梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Y轴方向平行且中心连线与X轴方向平行；所述第四梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Z轴方向平行且中心连线与X轴方向平行；所述第五梯度线圈包括两个线圈且所述两个线圈的法线方向与Z轴方向平行并且中心连线与Y轴方向平行。

2.根据权利要求1所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第一SQUID器件的制备方法包括步骤：

2)刻蚀所述三层薄膜结构，以形成超导环和底电极；

4)在步骤3)形成的结构表面形成第二绝缘材料层，开孔以露出所述约瑟夫森结的第二超导材料层表面、底电极表面；

3.根据权利要求2所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件以及第五SQUID器件的制备方法与所述第一SQUID器件的制备方法相同。

4.根据权利要求3所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第一梯度线圈的制备方法包括：

在步骤2)中，形成所述超导环和底电极的同时，刻蚀所述三层薄膜结构，形成多条底层梯度线圈层；

在步骤3)中，形成所述约瑟夫森结的同时，刻蚀去除所述多条底层梯度线圈层上的所述第二超导材料层和第一绝缘材料层；

在步骤4)中，开孔露出所述约瑟夫森结的第二超导材料层表面、底电极表面的同时，开孔露出每条底层梯度线圈层的两端表面；

在步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第一梯度线圈，所述第一梯度线圈与所述输入线圈相连。

5.根据权利要求3所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第二梯度线圈的制备方法包括：

在步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第二梯度线圈，所述第二梯度线圈与所述输入线圈相连。

6.根据权利要求3所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第三梯度线圈的制备方法包括：

在步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成多条顶层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层通过开孔连接相邻两条底层梯度线圈层，所述顶层梯度线圈层和底层梯度线圈层构成第三梯度线圈，所述第三梯度线圈与所述输入线圈相连。

7.根据权利要求3所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第四梯度线圈的制备方法包括：

在步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成第四梯度线圈，所述第四梯度线圈和第四SQUID器件上的所述输入线圈相连。

8.根据权利要求3所述的全张量磁场梯度测量组件的制备方法，其特征在于：所述第五梯度线圈的制备方法包括：

在步骤5)中，形成所述顶电极、输入线圈的同时，刻蚀所述第三超导材料层形成第五梯度线圈，所述第五梯度线圈和第五SQUID器件上的所述输入线圈相连。

9.一种利用如权利要求1～8任一项所述制备方法制备获得的全张量磁场梯度测量组件，其特征在于，所述全张量磁场梯度测量组件至少包括：衬底、制备在所述衬底上的第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件相连，用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件相连，用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件相连，用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件相连，用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件相连，用于测量Gzy磁场梯度分量。

10.根据权利要求9所述的全张量磁场梯度测量组件，其特征在于：所述第一梯度线圈、第二梯度线圈和第三梯度线圈为单匝或多匝结构。