DE4433331C2 - Magnetfeldempfindliche SQUID-Sensoreinrichtung mit Flußtransformator unter Verwendung von Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetfeldempfindliche SQUID-Sensoreinrichtung mit Leiterteilen aus einem Hoch-T_c- Supraleitermaterial, wobei die Einrichtung ein SQUID mit einer ein Koppelloch umschließenden SQUID-Schleife und mit mindestens einem Josephson-Element sowie einen Flusstransfor­ mator mit einer Schleifenanordnung zum Empfang von magneti­ schen Feldsignalen und mit einer flachen Einkoppelspule mit mehreren sich gegenseitig umschließenden Windungen zum induk­ tiven Einkoppeln entsprechender magnetischer Flusssignale in die SQUID-Schleife enthält. Eine derartige Sensoreinrichtung geht z. B. aus der EP 0 433 482 A1 hervor.

Mit supraleitenden Quanten-Interferometern, die auch als "SQUIDs" bezeichnet werden, lassen sich bekanntlich äußerst schwache magnetische Felder oder Feldgradienten detektieren. Als bevorzugtes Anwendungsgebiet für SQUIDs wird deshalb die medizinische Diagnostik angesehen, da die dort auftretenden biomagnetischen Feldsignale nur Feldstärken im pT-Bereich hervorrufen. Ferner ist auch an einen Einsatz von SQUID-Sen­ soreinrichtungen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werk­ stoffprüfung gedacht, insbesondere wenn metalloxidisches Hoch-T_c-Supraleitermaterial eingesetzt werden soll.

Eine entsprechende Sensoreinrichtung zur Erfassung und Aufbe­ reitung derartig schwacher Magnetfelder oder entsprechender Feldgradienten weist mindestens einen Mess- oder Detektions­ kanal auf. Dieser Kanal enthält auf seiner Eingangsseite als Antenne eine feldsensitive Schleifenanordnung mit mindestens einer Detektionsschleife. Die in dieser Schleife hervorgeru­ fenen magnetischen Flüsse oder Flussgradienten werden dann dem SQUID zugeführt. Dies kann insbesondere induktiv über eine Einkoppelspule in die SQUID-Schleife erfolgen.

Seit Bekanntwerden von metalloxidischen Supraleitermateria­ lien mit hohen Sprungtemperaturen T_c, die eine Kühltechnik mit flüssigem Stickstoff (LN₂) erlauben, wird auch versucht, SQUID-Sensoreinrichtungen mit Leiterteilen aus diesen Mate­ rialien auszubilden. Hierzu sind wegen der strombegrenzenden Wirkung von Kristallkorngrenzen in diesen Materialien epik­ taktische Herstellungsverfahren erforderlich. Dann besteht jedoch die Gefahr, dass bei mehrlagigen Topographien in Lei­ terteilen am Übergang in eine andere Ebene Korngrenzen ausge­ bildet werden, die die Stromtragfähigkeit erheblich beein­ trächtigen.

Zur Herstellung von magnetfeldempfindlichen SQUID-Sensorein­ richtungen mit den eingangs genannten Merkmalen wurde bisher versucht, von den klassischen (metallischen) Supraleiterma­ terialien mit Flüssig-Helium(LHe)-Kühltechnik her bekannte Gestaltungsmerkmale analog auf Hoch-T_c-Supraleitermaterialien mit LN₂-Kühltechnik zu übertragen (vgl. z. B. die eingangs ge­ nannte EP 0 433 482 A1). Bei den Sensoreinrichtungen mit klassischen Supraleitern und LHe-Kühltechnik wird im Allge­ meinen ein sogenannter Flusstransformator mit einer Einkop­ pelspule vorgesehen, deren Windungen um das von einer SQUID- Schleife umschlossene Koppelloch herum angeordnet sind. In­ folgedessen kreuzen supraleitende Leiterteile sehr viele Male einander in unterschiedlichen Dünnfilm-Ebenen. Bei solchen Supraleitern mit LHe-Kühltechnik, die eine große Kohärenzlän­ ge aufweisen, führen durch entsprechende Topographien ent­ standene Korngrenzen nicht zu einer Strombegrenzung in den Leitungsteilen und zu einem Flusskriechen durch die Korngren­ zen. Überkreuzungen sind aus diesem Grunde unproblematisch. Bei einer Verwendung von Hoch-T_c-Supraleitermaterial mit LN₂- Kühltechnik, das wesentlich kleinere Kohärenzlängen besitzt, stellen derartige Korngrenzen Barrieren für einen Stromtrans­ port und zugleich Öffnungen für ein Flusseindringen (-pene­ trieren) dar. Man sieht sich deshalb gezwungen, bei Verwendung dieses Materials die Korngrenzenbildung an Überkreuzun­ gen weitestmöglich zu vermeiden.

Man kann deshalb eine sogenannte Flip-Chip-Technik vorsehen, bei der die SQUID-Schleife und die Einkoppelspule jeweils auf einem eigenen Träger (Chip) gefertigt werden. Die beiden Trä­ ger werden dann so aneinandergefügt, dass das Koppelloch der SQUID-Schleife von den Windungen der Einkoppelspule umschlos­ sen wird (vgl. auch "Appl. Phys. Lett.", Vol. 64, No. 25, 20.6.1994, Seiten 3497 bis 3499). Auch bei dieser bekannten Ausführungsform ist in der Einkoppelspule eine der Anzahl ih­ rer Windungen entsprechende Zahl von Überkreuzungen gegeben, so dass die genannten Korngrenzenprobleme immer noch auf­ treten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die SQUID- Sensoreinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahin­ gehend auszugestalten, dass bei ihr die Probleme einer uner­ wünschten Korngrenzenausbildung zumindest weitgehend zu ver­ meiden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein an das Koppelloch angrenzender, außerhalb des Bereichs des mindestens einen Josephson-Elementes befindlicher Teilbereich der SQUID-Schleife als eine Koppelfläche gestaltet ist und dass wenigstens ein Teil der Windungen der Einkoppelspule so über diese Koppelfläche der SQUID-Schleife geführt sind, dass in dieser Koppelfläche unmittelbar an einem Randteil des Kop­ pelloches verlaufende Abschirmströme zu induzieren sind.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass für eine induktive Einkoppelung eines magnetischen Flusses oder eines Flussgradienten in die SQUID-Schleife nicht erforder­ lich ist, dass die Einkoppelspule das Koppelloch umschließt. Vielmehr reicht es aus, dass von der Einkoppelspule in einem Teil der SQUID-Schleife Abschirmströme hervorgerufen werden, die also nur längs eines Teiles des Koppellochrandes verlaufen. Dann lässt sich vorteilhaft die Einkoppelspule wenigs­ tens teilweise auf einem entsprechend flächig gestalteten Teilbereich der SQUID-Schleife anordnen, der an den vorer­ wähnten Teil des Koppellochrandes unmittelbar angrenzt. Auf diesem als eine Koppelfläche dienenden Teilbereich der SQUID- Schleife können die Windungen der Einkoppelspule einlagig, d. h. ohne Überkreuzungen, angeordnet werden, wobei lediglich am Windungsende ein Durchkontakt mit der darunterliegenden, normalerweise auf Null-(bzw. Erd-)Potential befindlichen SQUID-Schleife erforderlich ist. Der Übergang der mindestens einen supraleitenden Leiterbahn der Einkoppelspule in die Ebene über dem vorerwähnten Teilbereich der SQUID-Schleife kann dabei vorteilhaft an einem Rand dieses Teilbereichs so allmählich erfolgen, dass dort die Gefahr einer Ausbildung von Korngrenzen auszuschließen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen SQUID-Sen­ soreinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schema­ tisch als Aufsicht

deren Fig. 1 eine SQUID-Schleife einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung,

deren Fig. 2 eine Einkoppelspule auf dieser SQUID-Schleife,

deren Fig. 3 eine Sensoreinrichtung mit SQUID-Schleife und Einkoppelspule gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2,

deren Fig. 4 einen Teil einer weiteren Einkoppelspule,

deren Fig. 5 die vollständige Ausführungsform dieser weiteren Einkoppelspule und

deren Fig. 6 eine weitere Sensoreinrichtung nach der Erfindung.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die supraleitenden Teile der SQUID-Sensoreinrichtung nach der Erfindung sollen aus einem der bekannten Hoch-T_c-Supraleiter­ materialien nach hierfür geläufigen Verfahren der Dünnfilm- Technik auf geeigneten Substraten unter Berücksichtigung der Kristallstruktur dieser Materialien hergestellt sein. Bei­ spiele entsprechender Materialien sind insbesondere Cuprate mit Hoch-T_c-Phasen auf Basis der aus den Stoffsystemen Y-Ba-Cu-O oder Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O bekannten Grundtypen wie YBa₂Cu₃O_7-x oder Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+y oder (Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10-z. Diese Materialien sollen eine LN₂-Kühlung ermöglichen.

Gemäß Fig. 1 werden mit einem solchen Hoch-T_c-Supraleiterma­ terial auf einem eine geordnete Kristallstruktur des Mate­ rials ermöglichenden Substrat 2, beispielsweise einem Chip aus SrTiO₃ oder MgO, zunächst ein SQUID 3 und gegebenenfalls daran angeschlossene, in der Figur nicht näher ausgeführte Leiterteile insbesondere als einlagige Struktur ausgebildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sei von einer Ausführungsform als Gleichstrom(DC)-SQUID ausgegangen. Das SQUID 3 ist dann vorteilhaft symmetrisch bezüglich einer gestrichelt angedeu­ teten Symmetrielinie S gestaltet. Es weist eine ein Koppel­ loch 4 umschließende SQUID-Schleife 30 auf, in welche wegen der Ausführung als DC-SQUID in bekannter Weise symmetrisch zur Linie S zwei Josephson-Elemente 5a und 5b integriert sind. Ferner ist die SQUID-Schleife 30 über längs der Symme­ trielinie S verlaufende Zuleitungen 7a und 8a mit Kontakt­ flächen 7 bzw. 8 verbunden, an denen das SQUID elektrisch an­ geschlossen wird.

Die Josephson-Elemente 5a und 5b können vorteilhaft soge­ nannte Korngrenzen-Elemente sein. Beispielsweise kann die Korngrenze in einem solchen Element dadurch ausgebildet wer­ den, dass man an einer entsprechenden Grenzlinie Leiterbahn­ bereiche mit unterschiedlicher kristalliner Orientierung an­ einander stoßen lässt (vgl. z. B. DE 41 41 228 A1). Oder aber man erzeugt eine Korngrenze nachträglich in einer Leiterbahn aus dem Hoch-T_c-Supraleitermaterial dadurch, dass man in diese Leiterbahn mechanisch eine entsprechende Störzone einar­ beitet (vgl. z. B. EP 0 364 101 A2 oder DE 43 15 536 A1). Fer­ ner ist es auch möglich, eine Korngrenze in einer über die Kante einer Stufe hinwegführenden Leiterbahn auszubilden (vgl. z. B. DE 42 19 006 A1). In der Figur ist eine ent­ sprechende Kante 10 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Im Allgemeinen sollte für das SQUID eine kritische Strom­ dichte an entsprechend ausgebildeten Korngrenzen-Josephson- Elementen von 500 A/cm² ausreichen.

Statt Korngrenzen-Josephson-Elemente können für die Elemente 5a und 5b auch an sich bekannte Josephson-Elemente mit künst­ licher Dünnfilm-Barriere verwendet werden. Bei solchen Ele­ menten lässt sich über die Dicke der Dünnfilm-Barriere die Stromdichte einstellen. Außerdem ist die Ausbildung entspre­ chender Elemente an weitgehend vorgebbaren Stellen der Sub­ stratoberfläche möglich.

Erfindungsgemäß soll ein an das Koppelloch 4 angrenzender, zwischen den Josephson-Elementen 5a und 5b verlaufender Teil­ bereich der SQUID-Schleife 30 gegenüber den übrigen Teilen der SQUID-Schleife verhältnismäßig großflächig gestaltet sein. Die Abmessungen dieses in der Figur mit 31 bezeichne­ ten, durch eine gestrichelte Linie veranschaulichten Teilbe­ reichs sind dabei so gewählt, dass über ihn wenigstens ein Teil der Windungen einer Einkoppelspule in bestimmter Weise geführt werden können. Die besondere Anordnung einer solchen Einkoppelspule geht aus Fig. 2 hervor. Der großflächige Teilbereich 31 ist als eine Koppelfläche anzusehen.

Um ein geordnetes, insbesondere epitaktisches kristallines Wachstum der supraleitenden Leiterteile einer in Fig. 2 ge­ zeigten Einkoppelspule 11 gewährleisten zu können, wird der in Fig. 1 veranschaulichte Aufbau zumindest im Bereich der Leiterteile dieser Einkoppelspule mit einer ein solches Wachstum fördernden, isolierenden Zwischenschicht versehen. Als Schichtmaterial kommt insbesondere SrTiO₃ in Frage. Auf diese Zwischenschicht wird dann die Einkoppelspule 11 mit ih­ ren sich gegenseitig nach Art einer mathematischen Spirale umschließenden Windungen W ausgebildet. Diese Windungen sind dabei so gelegt, dass aufgrund von Strömen i in der Einkop­ pelspule 11 in dem als Koppelfläche dienenden Teilbereich 31 der SQUID-Schleife insbesondere auch in Nähe eines von dem Teilbereich gebildeten Randteiles 4a des Koppellochs 4 Ab­ schirmströme j angeworfen werden. Diese Abschirmströme sind hinreichend groß, um bei einer guten Gegeninduktivität zwi­ schen der Einkoppelspule 11 und der SQUID-Schleife 30 einen entsprechend großen magnetischen Fluss durch das Koppelloch 4 zu führen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform be­ findet sich die Einkoppelspule 11 vollständig über der Kop­ pelfläche 31, wobei sie das Koppelloch 4 mit ihren Windungen W quasi nur tangiert, d. h. nicht umschließt.

Um eine Korngrenzenbildung am Anfang und Ende der Einkoppel­ spule 11 zu vermeiden, wird vorteilhaft ein Anschlussstück 13 dieser Spule beim Übergang von der Ebene der SQUID-Schleife in die Ebene der Spule über eine Randzone 31a der Koppelflä­ che 31 der Schleife unter einem hinreichend kleinen Neigungs­ winkel geführt. Der Neigungswinkel der Unterlage des An­ schlussstücks 13 sollte deshalb zweckmäßig unter 20°, vor­ zugsweise unter 10° liegen. Außerdem kann vorteilhaft in dem Übergangsbereich das Anschlussstück 13 verhältnismäßig breit ausgebildet sein, um so eine hinreichend große kritische Stromdichte zu gewährleisten.

Entsprechendes gilt auch für das zentrale Endstück 14 der Einkoppelspule 11. Dieses Endstück vollzieht den Übergang von der Ebene der Einkoppelspule in die Ebene der SQUID-Schleife 3 bzw. ihrer Koppelfläche 31. Dort wird das Endstück 14 mit der Koppelfläche 31, die zweckmäßig auf Erdpotential liegt, kontaktiert. Auch das Endstück 14 kann verbreitert ausgestal­ tet werden.

Die Einkoppelspule 11 stellt nur den dem SQUID 3 zugewandten Teil eines Flusstransformators zu einer induktiven Einkopp­ lung eines magnetischen Flusses oder Flussgradienten in das SQUID dar. Die übrigen Teile dieses Flusstransformators sind an sich bekannt und mit der Einkoppelspule an dem Anschluss­ stück 13 und über die Koppelfläche 31 der SQUID-Schleife 30 mit dem Endstück 14 verbunden. Abweichend von der dargestell­ ten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Einkop­ pelspule auf einem eigenen Trägerkörper auszubilden und mit den übrigen Teilen eines Flusstransformators zu verbinden. Die Einkoppelspule wird dann nach der bekannten Flip-Chip- Technik an die Koppelfläche 31 angefügt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen SQUID-Sensoreinrichtung 20 mit einem auf einem Substrat 2 ge­ mäß Fig. 1 ausgebildeten SQUID 3 und einer auf einer groß­ flächigen Koppelfläche 31 der SQUID-Schleife dieses SQUIDs befindlichen Einkoppelspule 11 gemäß Fig. 2. Die Einrichtung enthält als feldsensitive Schleifenanordnung ein Gradiometer 1. Ordnung aus dem Hoch-T_c-Supraleitermaterial mit zwei be­ züglich der gedachten Symmetrielinie S zumindest weitgehend symmetrisch aufgebauten Antennenschleifen 21 und 22, die gleiche Flächen F1 bzw. F2 umschließen. Die Antennenschleifen sind über gemeinsame Leiterstücke 23a und 23b parallelge­ schaltet, wodurch sich vorteilhaft ein supraleitender Ab­ schirmring für homogene (Stör)-Magnetfelder ergibt. Zwischen den beiden Leiterstücken 23a und 23b ist die Einkoppelspule 11 angeschlossen. Hierzu ist das Leiterstück 23a mit dem An­ schlussstück 13 der Einkoppelspule verbunden. Demgegenüber ist die Verbindung des Leiterstückes 23b mit dem Endstück 14 der Einkoppelspule indirekt über die Koppelfläche 31 der SQUID-Schleife hergestellt. Da die Kontaktflächen 7 und 8 in­ nerhalb der Flächen F1 und F2 liegen und sie im allgemeinen mit normalleitenden Leitern zum Anschließen des SQUIDs 3 ver­ bunden werden, treten keine Probleme hinsichtlich Korn­ grenzenbildung bei einer Überführung der normalleitenden Anschlussleiter über die Gradiometerantennenschleifen 21 und 22 auf.

Bei der an Hand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen SQUID-Sensoreinrichtung 20 wurde davon ausgegangen, dass auf ihrer Koppelfläche 31 alle Win­ dungen W der Einkoppelspule 11 so geführt sind, dass in der Koppelfläche unmittelbar an ihrem an das Koppelloch 4 angren­ zenden Randteil Abschirmströme j aufgrund eines in der Ein­ koppelspule fließenden Stromes i hervorgerufen werden. Ent­ sprechende Abschirmströme können jedoch auch bei einer nur teilweisen Anordnung einer Einkoppelspule auf der Koppelflä­ che erzeugt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel geht aus Fig. 4 hervor.

Bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird von einem SQUID 3 mit einer ein Koppelloch 4 umschließenden SQUID-Schleife 30 und mit einem zwischen den Bereichen der Josephson-Elemente 5a und 5b verlaufenden Teilbereich 31 der SQUID-Schleife, der großflächig als eine Koppelfläche gestal­ tet ist, gemäß Fig. 1 ausgegangen. Zumindest bei dieser Aus­ führungsform nach Fig. 4 verläuft vorteilhaft die ergänzte Randlinie 33 des dem Koppelloch 4 zugewandten Randes der Kop­ pelfläche 31 unmittelbar an einem entsprechenden Randteil 4a des Koppelloches vorbei. Über der Koppelfläche 31 ist nur ein Teil 41a einer Einkoppelspule 41 mit sich gegenseitig um­ schließenden Windungen W' in besonderer Weise angeordnet. Die Windungen W' schließen sich nämlich nicht wie bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 2 im Bereich der Koppelfläche 31, son­ dern hier außerhalb der Koppelfläche und außerhalb der supra­ leitenden Teile des SQUIDs 3 (einschließlich der ihm zuge­ ordneten supraleitenden Kontaktflächen). D. h., die Windungen treten auf der einen Seite von dem Koppelloch 4 unter Einhal­ tung eines Abstandes a in den Bereich der Koppelfläche 31 ein, wobei sie vorteilhaft zumindest annähernd senkrecht be­ züglich des entsprechenden Teils 33a der Randlinie 33 verlau­ fen. Auf der Koppelfläche führen die Windungen in die Gegenrichtung und treten vorteilhaft symmetrisch zu der Symmetrie­ linie S an dem gegenüberliegenden Teil 33b der Randlinie aus dem Bereich der Koppelfläche 31 wieder aus. Bei einem derar­ tigen, umlenkenden Verlauf der Windungen W' über der Koppel­ fläche werden von einem in ihnen fließenden Strom i in der Koppelfläche Abschirmströme j erzeugt, die im Bereich der Randlinie 33 in die parallele Richtung zu dieser Linie ge­ zwungen werden und somit unmittelbar an dem Randteil 4a des Koppelloches 4 vorbeifließen. Der magnetische Koppelfaktor zwischen der Einkoppelspule 41 und dem Koppelloch 4 liegt dann bei etwa 1 wie bei bekannten SQUID-Sensoreinrichtungen mit klassischen Supraleitern der LHe-Kühltechnik und einer ein Koppelloch umschließenden Einkoppelspule. Die einzelnen Windungen W' werden wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 im Bereich der Randlinienteile 33a und 33b über eine nur leicht geneigte Flanke einer isolierenden Unterlage in die Ebene des Einkoppelspulenteils 41a geführt. Außerdem endet zweckmäßig die Einkoppelspule 41 mit ihrem Einkoppelspulen­ teil 41a im Bereich der Koppelfläche 31 in einem zentralen Endstück 14 gemäß Fig. 2. Dieses Endstück kann mit der dar­ unterliegenden Koppelfläche kontaktiert sein.

Fig. 5 zeigt die vollständige Einkoppelspule 41 mit ihrem Teil 41a gemäß Fig. 4. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, schließen sich die Windungen W' des Einkoppelspulenteils 41a außerhalb des Bereichs der Koppelfläche 31. Der außerhalb dieser Fläche liegende Teil 41b der Einkoppelspule überkreuzt dabei vor­ teilhaft keine supraleitenden Teile des SQUIDs 3 und von mit dessen SQUID-Schleife verbundenen Teilen wie z. B. der Kon­ taktfläche 7.

Der außerhalb des Bereichs der Koppelfläche 31 verlaufende Teil der in Fig. 5 gezeigten Einkoppelspule kann auch so ge­ staltet werden, dass mit ihm eine Magnetometerschleifenanord­ nung mit verteilter Lastinduktivität gebildet wird. Ein ent­ sprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 angedeutet. Die dort gezeigte SQUID-Einrichtung 50 mit einer Einkoppelspule 51 weist einen über die Koppelfläche 31 verlaufenden Teil 41a gemäß Fig. 4 auf. Mit dem übrigen, außerhalb der Koppelfläche angeordneten Teil 51b der Einkoppelspule 51 ist außerhalb des Bereichs der supraleitenden Teile des SQUIDs 3 eine Magnetometerschleifenanordnung 60 zur Detektion schwa­ cher Magnetfelder ausgebildet. Diese Schleifenanordnung stellt zusammen mit dem Einkoppelspulenteil 41a einen Fluss­ transformator dar.

Bei den für die Fig. 1 und 3 bis 6 gewählten Ausführungs­ formen des SQUIDs 3 wurde jeweils eine Gestaltung als DC- SQUID angenommen. Die SQUID-Sensoreinrichtung ist jedoch nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Es können auch RF-SQUIDs mit jeweils nur einem Josephson-Element in ih­ ren SQUID-Schleifen vorgesehen werden. Die Koppelfläche 31 befindet sich dann außerhalb des von diesem Element eingenom­ menen Bereichs der SQUID-Schleife, so dass auch hier die von einer Einkoppelspule hervorzurufenden Abschirmströme j prak­ tisch nicht im Bereich des Josephson-Elementes induziert wer­ den.

In den Fig. 2 bis 6 wurden der besseren Übersichtlichkeit wegen die Einkoppelspulen 11, 41 und 51 nur mit wenigen Win­ dungen W bzw. W' veranschaulicht. Im allgemeinen ist die Win­ dungszahl der Einkoppelspulen wesentlich höher (vgl. z. B. die genannte Textstelle aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 64).

Claims (15)

1. Magnetfeldempfindliche SQUID-Sensoreinrichtung mit Leiter­ teilen aus einem Hoch-T_c-Supraleitermaterial, welche Einrichtung

• a) ein SQUID mit einer ein Koppelloch umschließenden SQUID- Schleife und mit mindestens einem Josephson-Element

sowie

• a) einen Flußtransformator
  mit einer Schleifenanordnung zum Empfang von magnetischen Feldsignalen
  und mit einer flachen Einkoppelspule mit mehreren sich gegenseitig umschließenden Windungen zum induktiven Einkoppeln entsprechender magnetischer Flußsignale in die SQUID-Schleife

enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein an das Koppelloch (4) angrenzender, außerhalb des Bereichs des mindestens einen Josephson-Elements (5a, 5b) be­ findlicher Teilbereich der SQUID-Schleife (30) als eine Kop­ pelfläche (31) gestaltet ist und dass wenigstens ein Teil der Windungen (W, W') der Einkoppelspule (11, 41, 51) so über diese Koppelfläche (31) der SQUID-Schleife (30) geführt sind, dass in dieser Koppelfläche (31) unmittelbar an einem Rand­ teil (4a) des Koppelloches (4) verlaufende Abschirmströme (j) zu induzieren sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das mindestens eine Joseph­ son-Element (5a, 5b) als Korngrenzen-Element ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das mindestens eine Joseph­ son-Element (5a, 5b) ein Element mit einer künstlichen Dünn­ film-Barriere ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkop­ pelspule (11, 41, 51) im Bereich der Koppelfläche (31) in ei­ nem zentralen Endstück (14) endet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Endstück (14) der Ein­ koppelspule (11, 41, 51) mit der Koppelfläche (31) kontak­ tiert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass von einer Ebene in eine weitere Ebene übergehende Teile der Einkoppel­ spule (41, 51) oder eines Anschlussteils (13, 14) der Einkop­ pelspule (11) jeweils auf einer entsprechend abgeschrägten Unterlage angeordnet sind, wobei der Neigungswinkel der Ab­ schrägung hinreichend klein ist, um eine Ausbildung von Korn­ grenzen in den übergehenden Spulen- oder Anschlussteilen aus­ zuschließen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die in verschiedene Ebenen übergehenden Spulen- oder Anschlussteile (13, 14) verbreitert ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Einkop­ pelspule (11) vollständig über der Koppelfläche (31) ange­ ordnet ist und ein Randbereich dieser Einkoppelspule unmit­ telbar benachbart zu einem Randteil (4a) des Koppellochs (4) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Einkoppelspule (11) mit einer Gradientenschleifenanordnung (21, 22) verbunden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (41b, 51b) der Einkoppelspule (41, 51) außerhalb des Bereichs der SQUID-Schleife (30) verlaufend angeordnet ist und dass sich die Windungen (W') der Einkoppelspule über Randbereiche (33a, 33b) des dem Koppelloch (4) zugewandten Randes der Kop­ pelfläche (31) erstrecken, deren gemeinsame Randlinie (33) unmittelbar an einem entsprechenden Randteil (4a) des Koppel­ loches (4) vorbeiläuft.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Windungen (W') sich über die Randbereiche (33a, 33b) zumindest annähernd senkrecht be­ züglich der Randlinie (33) erstrecken.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem außerhalb des Bereichs der SQUID-Schleife (30) angeordneten Teil (51b) der Einkoppelspule (51) eine Magnetometerschleifenanordnung (60) ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ge­ kennzeichnet durch ein als RF-SQUID mit einem Josephson-Element ausgebildetes SQUID.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, dass das SQUID als ein DC-SQUID (3) mit zwei Josephson-Elementen (5a, 5b) ausgebildet ist und dass sich der als Koppelfläche (31) ges­ taltete Teilbereich der SQUID-Schleife (30) zwischen den Be­ reichen der Josephson-Elemente (5a, 5b) befindet.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeich­ net durch eine wenigstens annähernd symmetrische Anord­ nung zumindest des SQUIDs (3) und zumindest der Einkoppelspu­ le (11, 41, 51) bezüglich einer Symmetrielinie (S).