DE69530811T2

DE69530811T2 - Flusstransformator, auf einem supraleitenden Dünn-Oxidfilm gebildet, und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69530811T2
Application number: DE69530811T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Kugai; Tatsuoki Nagaishi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2015-03-30
Also published as: JP2842281B2; JPH07318625A; CA2145827C; EP0675370B1; CA2145827A1; EP0675370A1; US5548262A; DE69530811D1

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flusstransformator. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen neuen Aufbau eines Flusstransformators, der aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet wird und Verfahren zu seiner Herstellung.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine SQUID (Supraleitende Quanteninterterenz-Vorrichtung (Superconducting Quantum Interterence Device)) ist eine Vorrichtung, die spezielle Eigenschaften von supraleitenden Materialien anwendet. Eine SQUID wird mit einer supraleitenden Schleife gebildet, die eine schwache Sperrschicht enthält und kann als ein magnetischer Flusssensor mit hoher Empfindlichkeit verwandt werden. In vielen Fällen wird eine SQUID zusammen mit einem Flusstransformator verwendet. Wenn eine SQUID mit einem Flusstransformator verwendet wird, kann die Empfindlichkeit eines magnetischen Flusssensors erhöht sein und die Möglichkeiten zur Anordnung des physikalischen Layouts sind erhöht.
Der Flusstransformator umfasst ein Paar Spulen und diese Spulen sind mit einem Paar von Leitungen verbunden. Allgemein werden diese Spulen und Leitungen aus einem supraleitenden Material zum Beispiel in einer Form eines supraleitenden Dünnfilms gebildet.
Bei dieser Art von Flusstransformator besitzt eine der Spulen einige Windungen. Dementsprechend ist es unvermeidbar, dass eine der Leitungen die Spule, welche einige Windungen besitzt überschneidet. Die Leitung, welche die Spule überschneidet wird Brückenteil genannt. Darüber hinaus wird ein nicht supraleitender Dünnfilm zwischen dem Brückenteil und der Spule eingeführt, so dass beide voneinander isoliert sind.
Eines der Verfahren zur Herstellung eines Flusstransformators, der aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet wird ist auf S. 123–125 in "Applied Physics Letters 59 (1), 1. Juli 1991" beschrieben. Dieses Verfahren wird im Folgenden beschrieben.
Zuerst wird ein Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf einem Substrat abgeschieden und strukturiert, um eine Struktur eines ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms zu besitzen. Die Struktur des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms entspricht nämlich den Leitungen mit Ausnahme des Brückenteils, der Abgriffspule und der Eingangsspule. Darauf folgend wird ein nicht supraleitender Dünnfilm auf der Oberfläche des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms und des Substrats abgeschieden und ein Teil des nicht supraleitenden Dünnfilms wird entfernt. Als ein Ergebnis zeigen sich vorne ein Ende der Eingangsspule und ein Ende der Abgriffspule. Zuletzt wird ein zweiter Oxid-Supraleit-Dünnfilm abgeschieden. Der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm wird strukturiert, um einen Brückenteil zu ergeben.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Flusstransformators, der im Wesentlichen denselben Aufbau besitzt ist auf S. 988–990 in „Applied Physics Letters 59 (8), 19. August 1991" beschrieben. Bei diesem Verfahren wird nur der Brückenteil, der aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet ist zuerst auf dem Substrat strukturiert. Darauf folgend wird ein nicht supraleitender Dünnfilm auf dem Substrat und dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet und zwei Teile des nicht supraleitenden Dünnfilms werden an beiden Enden des ersten supraleitenden Dünnfilms entfernt. Zuletzt wird der zweite supraleitende Dünnfilm abgeschieden und strukturiert, um eine bleibende Struktur des Flusstransformators auf dem nicht supraleitenden Dünnfilm zu bilden.
Noch ein anderes Verfahren zur Herstellung des magnetischen Flusstransformators wird auf S. 2336–2338 in "Applied Physics Letters 56 (23), 4. Juni 1990" und auf S. 2871– 2873 in "Applied Physics Letters 62 (22), 31. Mai 1993" beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein supraleitender Dünnfilm durch Verwendung von Masken aus einem Metall oder einem Silikon strukturiert.
Die oben beschrieben Verfahren haben die folgenden Probleme.
Betrachtet man das erste Verfahren, neigt die Qualität des ersten supraleitenden Dünnfilms, der abgeschieden wurde in dem vollständigen Flusstransformator niedrig zu sein, da der erste supraleitende Dünnfilm während der Abscheidung des nicht supraleitenden Dünnfilms und des zweiten supraleitenden Dünnfilms oft beschädigt wird.
Betrachtet man das zweite Verfahren, neigt die Qualität des zweiten supraleitenden Dünnfilms, der abgeschieden wurde dazu niedrig zu sein. Der Grund besteht darin, dass die Qualität der Trägerschicht die Qualität des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms beeinflusst. Es ist jedoch schwieng einheitlich einen nicht supraleitenden Dünnfilm abzuscheiden, der auf der gesamten Oberfläche des Substrats eine hohe Qualität besitzt. Dementsprechend ist es schwieng einen Oxid-Supraleit-Dünnfilm mit einer hohen Qualität auf einem nicht supraleitenden Dünnfilm, der keine hohe Qualität besitzt abzuscheiden.
Darüber hinaus ist, betrachtet man das dritte Verfahren unter Verwendung einer Metallmaske oder Silikonmaske zur Strukturbildung das Problem, das die Verarbeitungspräzision bei der Strukturbildung gering ist. Bei der Verwendung von dieser Methode liegt die Genauigkeit im besten Falle nur bei einem Grad von 20 μm.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Flusstransformator zu liefern, der auf einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet wird. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung dieses neuen Flusstransformators zu liefem.
Entsprechend eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Oxid-Supraleit-Flußtransformator geliefert, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist. Entsprechend eines zweiten Aspekts der Erfindung ist ein Verfahren zu seiner Herstellung jeweils in den Patentansprüchen 4 und 6 definiert.
Der Flusstransformator der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar supraleitender Dünnfilme und einen nicht supraleitenden Dünnfilm, der zwischen den Oxid-Supraleit-Dünnfilmen abgeschieden ist. In allen anderen Gebieten, außer einem Gebiet, in dem der nicht supraleitende Dünnfilm auftritt sind die supraleitenden Dünnfilme direkt einer auf dem anderen übereinandergeschichtet. Diese Tatsache ist eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung.
Der Flusstransformator der vorliegenden Erfindung umfasst einen Paar Spulen und eine Paar Leitungen. Die Spulen schließen eine Abgriffspule und eine Eingangsspule ein. Diese Spulen sind durch die Leitungen verbunden, welche die erste und die zweite Leitung einschließen. An der Stelle, an der die zweite Leitung die Eingangsspule überschneidet bildet die zweite Leitung einen Brückenteil.
Bei diesem Flusstransformator sind die Spulen und die Leitungen aus dem ersten und dem zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet. Der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm besitzt eine Struktur entsprechend der zweiten Leitung ausgenommen dem Brückenteil, der ersten Leitung, der Abgriffspule und der Eingangsspule. Der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm besitzt eine Struktur entsprechend der Abgriffspule, der Eingangsspule, der ersten Leitung und der zweiten Leitung. Aber in einem Gebiet, in dem der Brückenteil die Eingangsspule überschneidet ist ein Teil der Eingangsspule aus der Struktur des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms entfernt. Ein nicht supraleitender Dünnfilm besteht zwischen einem Teil der Eingangsspule, die in dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm eingeschlossen ist und dem Brückenteil, das in dem zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm eingeschlossen ist.
Das Herstellungsverfahren enthält den ersten, den zweiten und den dritten Produktionsprozess wie folgt. Während des ersten Produktionsprozesses wird der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf einem Substrat abgeschieden und wird strukturiert, um eine spezifische Struktur zu besitzen. Während des zweiten Produktionsprozesses wird der nicht supraleitende Dünnfilm abgeschieden und strukturiert, um eine spezifische Struktur zu besitzen. Während des dritten Produktionsprozesses wird der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm, dem nicht supraleitenden Dünnfilm und dem Substrat abgeschieden und wird strukturiert, um eine spezifische Struktur zu bekommen.
Bei einer anderen Art des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms, die Herstellung des nicht supralei tenden Dünnfilms und die Herstellung des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms nacheinander in dieser Reihenfolge durchgeführt.
Bei jeder Art der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt die Oberflächenschicht des unteren Oxid-Supraleit-Dünnfilms entfernt kurz vor der Herstellung des oberen Oxid-Supraleit-Dünnfilms.
Außerdem wird die, mit "Ausheizen" bezeichnete Wärmebehandlung ausgeführt, um die Qualität der Oxid-Supraleit-Dünnfilme zu verbessern, indem man sie in einer Sauerstoffatmosphäre aufheizt, nachdem der obere Oxid-Supraleit-Dünnfilm abgeschieden wurde. Als ein Ergebnis dieser Behandlung wird jeder Oxid-Supraleit-Dünnfilm mit Sauerstoff gesättigt.
Eine wichtige Eigenschaft des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der erste und der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm übereinandergeschichtet sind, einer direkt auf dem anderen, außer in einem Gebiet, in dem die Oxid-Supraleit-Dünnfilme durch den nicht supraleitenden Dünnfilm voneinander isoliert sind. Mit anderen Worten besitzen der obere und untere Oxid-Supraleit-Dünnfilm dieselbe Struktur mit Ausnahme des Gebiets, in dem der nicht supraleitende Dünnfilm auftritt.
Bei in diesem Flusstransformator ist der untere Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf dem Substrat als eine Trägerschicht abgeschieden und der untere Oxid-Supraleit-Dünnfilm ist im überwiegenden Bereich eine Trägerschicht für den oberen Oxid-Supraleit-Dünnfilm. Dementsprechend wird die Qualität des oberen Oxid-Supraleit-Dünnfilms hoch. Wenn man diesen Prozess betrachtet, sollten der erste und zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm die selbe Zusammensetzung und die selbe Kristallstruktur besitzen.
Andererseits ist die Trägerschicht der Abscheidung des nicht supraleitenden Dünnfilms das Substrat oder der untere Oxid-Supraleit-Dünnfilm. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass der nicht supraleitende Dünnfilm aus dem selben Material besteht wie das Material des Substrats.
Bei den obigen Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung sind alle Dünnfilme in der Lage durch eine photolithographische Technologie strukturiert zu werden. Dem entsprechend können alle Dünnfilme präzise mit einer sehr kleinen Struktur von weniger als 20 μm ausgebildet werden.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die Oberflächenschicht des unteren Oxid-Supraleit-Dünnfilms entfernt wird, kurz bevor der obere Oxid-Supraleit-Dünnfilm abgeschieden wird. Bei dem oben erwähnten Produktionsprozess wird der untere Oxid-Supraleit-Dünnfilm dick hergestellt, um die zu entfernende Dicke zu kompensieren.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung, die folgt vorgestellt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch praktische Anwendung der Erfindung ersehen werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können durch die Einrichtungen und Verbindungen realisiert und erhalten werden, die speziell in den angefügten Patentansprüchen dargelegt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden und in sie eingearbeitet sind beschreiben die bevorzugten beispielhaften Ausführungen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der detaillierten Beschreibung der bevorzugten im Folgenden gegebenen Ausführungen dazu die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen typischen Aufbau eines Flusstransformators zeigt.
2A bis 2D zeigen jeden Schritt nach dem Stand der Technik zur Herstellung eines Flusstransformators, der aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet wird.
3A bis 3C sind Schnitt-Ansichten, welche den Schichtaufbau eines Flusstransformators zeigen, der aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet wird.
4A bis 4C sind perspektivische Ansichten, die jeden Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Flusstransformators der vorliegenden Erfindung zeigen.
5 ist eine Fläche, welche eine Struktur des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms allein zeigt.
6 ist eine Schnitt-Ansicht, die den Schichtaufbau des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Der allgemeine Aufbau eines Flusstransformators ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Flusstransformator die Abgriffspule 1 und die Eingangsspule 2. Gleichzeitig umfasst der Flusstransformator das Leitungspaar 3, 4, das die Spulen miteinander verbindet. Diese Elemente sind aus einem Oxid-Supraleit-Dünnfilm gebildet. Darüber hinaus ist ein nicht supraleitender Dünnfilm in dem Gebiet gezeigt, in dem die Eingangsspule 2 die Leitung 4 überschneidet. In diesem Gebiet ist die Leitung 4 als ein Brückenteil 4a bezeichnet.
Jeder Prozess des Verfahrens zur Herstellung des Oxid-Supraleit-Flusstransformators entsprechend dem Stand der Technik ist in der 2 der Reihe nach erwähnt.
Zuerst wird ein Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf einem Substrat 10 abgeschieden und strukturiert, um den ersten supraleitenden Dünnfilm zu ergeben. Als ein Ergebnis wird der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm 11 gebildet, der eine Struktur besitzt, die in der 2A gezeigt ist. Die serielle Struktur des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 11 entspricht der Abgriffspule 1, der Eingangsspule 2, der Leitung 3 und der Leitung 4 mit Ausnahme des Brückenteils. Darauf folgend wird ein nicht supraleitender Dünnfilm 12 abgeschieden, wie in 2B gezeigt. Ein Teil des nicht supraleitenden Dünnfilms 12 wird entfernt, wie in 2C gezeigt, so dass ein Paar von Öffnungen gebildet wird. Ein Ende der Eingangsspule 2 und ein Ende der Leitung 4 erscheinen in diesen Öffnungen. Zuletzt wird der, ein Brückenteil 4a bildender zweiter Oxid-Supraleit-Dünnfilm 13 gebildet, wie in 2D gezeigt ist.
Der oben erwähnte Flusstransformator enthält drei Arten von Schichten die, wie in 3 gezeigt aufgebaut sind. Der Schichtaufbau eines Gebiets, das den Brückenteil 4a enthält ist entweder in 3A oder in 3B gezeigt. Bei dem ersten Schichtaufbau, der in 3A gezeigt ist sind das Substrat 10, der nicht supraleitende Dünnfilm 12 und der Oxid-Supraleit-Dünnfilm 13 nacheinander in dieser Reihenfolge von unten her aufeinandergeschichtet. Bei dem zweiten Schichtaufbau, der in 3B gezeigt ist sind das Substrat 10, der Oxid-Supraleit-Dünnfilm 11, der nicht supraleitende Dünnfilm 12 und der Oxid-Supraleit-Dünnfilm 13 nacheinander in dieser Reihenfolge von unten her aufeinandergeschichtet. Der Schichtaufbau eines Gebietes, das die Abgriffspule 1 oder die Eingangsspule 2 enthält, ist in 3C gezeigt. Bei dem dritten Schichtaufbau, gezeigt in 3C sind das Substrat 10, der Oxid-Supraleit-Dünnfilm 11 und der nicht supraleitende Dünnfilm 12 nacheinander in dieser Reihenfolge von unten her aufeinandergeschichtet. In dem Teil dieses Gebietes, welches mit dem Gebiet, das den Brückenteil enthält überlappt, wird der erste Schichtaufbau, der in 3A gezeigt ist ebenso gebildet.
Bei dem Flusstransformator, der durch das Verfahren erzeugt wird, das in der 2 gezeigt ist wird der Schichtaufbau, der in 3C gezeigt ist in dem überwiegenden Teil des Flusstransformators gebildet. Dementsprechend ist es unvermeidbar die Qualität des unteren supraleitenden Dünnfilms einschließlich der Abgriffspule und der Eingangsspule zu verschlechtern.
Andererseits wird, in einem Fall, dass der Flusstransformator durch das Verfahren hergestellt wird, bei dem das Brückenteil durch den unteren supraleitenden Dünnfilm zuerst gebildet wird der Schichtaufbau, der in 3 gezeigt ist in dem überwiegenden Teil gebildet. Dementsprechend ist es schwierig den oberen supraleitenden Dünnfilm einschließlich der Abgriffspule und der Eingangsspule einheitlich in hoher Qualität abzuscheiden.
Darüber hinaus liegt, in dem Fall, dass der Flusstransformator durch das Verfahren unter Verwendung einer Metallmaske oder Silikonmaske zur Strukturierung erzeugt wird, die Genauigkeit der Struktur im besten Fall nur bei einem Grad von 20 μm.
Das Verfahren zur Herstellung des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt.
Zuerst wird, wie in 4A gezeigt, ein Oxid-Supraleit-Dünnfilm auf einem Substrat 10 abgeschieden und strukturiert, um die Struktur des Flusstransformators mit Ausnahme des Brückenteils 4a zu besitzen.
Der nicht supraleitende Dünnfilm 12 wird im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche des Substrats 10 abgeschieden und dann entfernt mit Ausnahme des Gebiets, in dem die Leitung 4 die Eingangsspule 2 überschneidet.
Der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm wird im Wesentlichen abgeschieden und strukturiert, um eine Struktur wie in 5 gezeigt zu besitzen.
Vorzugsweise wird, gerade bevor der Prozess, der in dem vorausgehenden Absatz erwähnt ist ausgeführt wird die Oberflächenschicht des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 11 zum Beispiel durch Ionenfräsen leicht entfernt.
Nach den oben erwähnten seriellen Herstellungsprozessen ist der Oxid-Supraleit-Flusstransformator, der in 4C gezeigt ist vollständig. Wie in 6 gezeigt, sind bei diesem Flusstransformator der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm 11 und der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm 13 direkt übereinander aufgeschichtet mit Ausnahme des Gebiets, in dem der Brückenteil 4a auftritt werden und die Schichtaufbauten, wie sie in 3A, 3B und 3C gezeigt werden gebildet.
Bei dem Herstellungsprozess dieses Flusstransformators entsprechend der Erfindung ist die Trägerschicht für den zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm 13 bei seiner Abscheidung meistens der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm 11. Dementsprechend verschlechtert sich die Qualität des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 13 nicht.
Weiterhin ist das Gebiet des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms, das durch den nicht supraleitenden Dünnfilm bedeckt ist klein.
Darüber hinaus können alle Dünnfilme durch photolithographische Technologie strukturiert werden. Dementsprechend kann eine sehr kleine Struktur geringer als 20 μm gebildet werden.
In den obigen Beschreibungen wurde der supraleitende Dünnfilm mit "der erste" und der zweite" bezeichnet in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Herstellungssequenz. Aber bei einem Prozess, der eine sequenzielle Abfolge von dem zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm, dem nicht supraleitenden Dünnfilm und dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm besitzt kann grundsätzlich der gleiche Flusstransformator hergestellt werden. Somit sollten die gebrachten Beispiele so verstanden werden, dass sie auch auf einen solchen Wechsel des ersten und zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms anwendbar sind.
Beispiel 1
Ein Einkristall-Substrat aus MgO (100), das die Abmessungen von 20 mm × 20 mm besitzt, wurde als ein Substrat verwendet.
Zuerst wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 300 nm auf dem Substrat durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 11, die in 4A gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus SrTiO₃ mit einer Dicke von 100 nm auf der Oberfläche des Substrats und des ersten supraleitenden Dünnfilms durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus SrTiO₃ wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur des Dünnfilms aus SrTiO₃ entspricht der Struktur des nicht supraleitenden Dünnfilms 12, die in 4B gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der nicht supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Als Nächstes wurde die obere Oberfläche des Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x bis zu einer Dicke von 100 nm durch ein Ar-Ionenfräsverfahren entfernt.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 200 nm durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturier. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 13, die in 5 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der zweite supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Die Spezifikation des Flusstransformators, der mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt wurde wird im Folgenden gegeben. Betrachtet man die Eingangsspule beträgt die Breite der Leitungen 80 μm, der Abstand zwischen den Leitungen beträgt 20 μm und die Anzahl der Windungen ist 5. Betrachtet man die Abgriffspule beträgt die Breite der Leitungen 2 mm und ihre Form ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 14 mm.
Dieser Flusstransformator wurde mit einer SQUID gekoppelt, die aus einem Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x gebildet wurde und wurde mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass dieser Flusstransformator bei 77 K arbeitete.
Beispiel 2
Ein Einkristall-Substrat aus MgO (100), das die Abmessungen von 20 mm × 20 mm besitzt, wurde als ein Substrat verwendet.
Zuerst wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 300 nm auf dem Substrat durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 11, die in 4A gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus SrTiO₃ mit einer Dicke von 150 nm auf der Oberfläche des Substrats und des ersten supraleitenden Dünnfilms durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus SrTiO₂ wurde durch ein Ar- Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur des Dünnfilms aus SrTiO₃ entspricht der Struktur des nicht supraleitenden Dünnfilms 12, die in 4B gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der nicht supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Als Nächstes wurde die obere Oberfläche des Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-xbis zu einer Dicke von 100 nm durch ein Ar-Ionenfräsverfahren entfernt.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 200 nm durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 13, die in 5 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der zweite supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Die Spezifikation des Flusstransformators, der mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt wurde wird im Folgenden gegeben. Betrachtet man die Eingangsspule beträgt die Breite der Leitungen 20 μm, der Abstand zwischen den Leitungen beträgt 10 μm und die Anzahl der Windungen ist 20. Betrachtet man die Abgriffspule beträgt die Breite der Leitungen 2 mm und ihre Form ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 15 mm.
Dieser Flusstransformator wurde mit einer SQUID gekoppelt, die aus einem Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x gebildet wurde und wurde mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass dieser Flusstransformator bei 77 K arbeitete.
Beispiel 3
Ein Einkristall-Substrat aus SrTiO₃(100), das die Abmessungen von 20 mm × 20 mm besitzt, wurde als ein Substrat verwendet.
Zuerst wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 300 nm auf dem Substrat durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolack maske strukturiert. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 11, die in 4A gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der erste Oxid-Supraleit-Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus SrTiO₃ mit einer Dicke von 150 nm auf der Oberfläche des Substrats und des ersten supraleitenden Dünnfilms durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus SrTiO₃ wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur des Dünnfilms aus SrTiO₃ entspricht der Struktur des nicht supraleitenden Dünnfilms 12, die in 4B gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der nicht supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Als Nächstes wurde die obere Oberfläche des Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x bis zu einer Dicke von 100 nm durch ein Ar-Ionenfräsverfahren entfernt.
Darauf folgend wurde ein Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x mit einer Dicke von 200 nm durch ein Laserabscheideverfahren abgeschieden. Dieser Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x wurde durch ein Ar-Ionenfräsverfahren unter Verwendung einer Fotolackmaske strukturiert. Die Struktur dieses Dünnfilms aus YBa₂Cu₃O_7-x entspricht der Struktur des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms 13, die in 5 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wurde der zweite supraleitende Dünnfilm, ein Element des Flusstransformators der vorliegenden Erfindung gebildet.
Die Spezifikation des Flusstransformators, der mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt wurde wird im Folgenden gegeben. Betrachtet man die Eingangsspule beträgt die Breite der Leitungen 20 μm, der Abstand zwischen den Leitungen beträgt 10 μm und die Anzahl der Windungen ist 20. Betrachtet man die Abgriffspule beträgt die Breite der Leitungen 2 mm und ihre Form ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 15 mm. Dieser Flusstransformator wurde mit einer SQUID gekoppelt, die aus einem Dünnfilm aus YBa₂Cu₃O_7-x gebildet wurde und wurde mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass dieser Flusstransformator bei 77 K arbeitete.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden den Fachleuten leicht einfallen. Deshalb ist die Erfindung in ihrem breiteren Aspekt nicht auf die spezifischen Details und die stellvertretenden Vorrichtungen beschränkt, die hier gezeigt und beschrieben sind. Dementsprechend können verschiedene Modifikationen gemacht werden, ohne von dem Ziel des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie es in den angefügten Patentansprüchen definiert ist abzuweichen.

Claims

Oxid-Supraleit-Flusstransformator, der umfasst: eine Abgriffspule (1), eine Eingangsspule (2), eine erste Leitung (3), die ein erstes Ende der Eingangsspule mit einem ersten Ende der Abgriffspule verbindet, und eine zweite Leitung (4), die einen Brückenteil (4a) enthält und das zweite Ende der Abgriffspule mit dem zweiten Ende der Eingangsspule verbindet, wobei: die Eingangsspule, die Abgriffspule, die erste Leitung und die zweite Leitung bestehen aus: einem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm (11) mit einer Struktur, die der zweiten Leitung ohne den Brückenteil, der ersten Leitung, der Abgriffspule und der Eingangsspule entspricht; einem zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm (13) mit einer Struktur, die der Eingangsspule ohne einen Teil derselben, der von dem Brückenteil geschnitten wird, der Abgriffspule, der ersten Leitung und der zweiten Leitung mit dem Brückenteil entspricht, und einem nicht-supraleitenden Dünnfilm (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilm, der in dem Bereich ausgebildet ist, in dem der Brückenteil vorhanden ist, und wobei: der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm direkt auf dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm in allen Bereichen bis auf den Bereich ausgebildet ist, in dem der Brückenteil vorhanden ist.
Oxid-Supraleit-Flusstransformator nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm gleiche Zusammensetzung und gleiche Kristallstruktur haben.
Oxid-Supraleit-Flusstransformator nach Anspruch 1, wobei der nicht-supraleitende Dünnfilm und ein Substrat (10) aus dem gleichen Material wie dem Material des Substrats ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Supraleit-Flusstransformators mit einer Abgriffspule (1), einer Eingangsspule (2), einer ersten Leitung (3), die ein erstes Ende der Eingangsspule mit einem ersten Ende der Abgriffspule verbindet, und einer zweiten Leitung (4), die einen Brückenteil (4a) enthält und das zweite Ende der Abgriffspule mit dem zweiten Ende der Eingangsspule verbindet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms (11) auf einem Substrat (10), der eine Struktur hat, die der zweiten Leitung ohne den Brückenteil, der ersten Leitung, der Abgriffspule und der Eingangsspule entspricht; Ausbilden eines nicht-supraleitenden Dünnfilms (12) in einem Bereich, der den Brückenteil einschließt; und Ausbilden eines zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms (13) mit einer Struktur, die der Eingangsspule ohne einen Teil derselben, der von dem Brückenteil geschnitten wird, der Abgriffspule, der ersten Leitung und der zweiten Leitung entspricht, wobei der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm direkt auf dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm in allen Bereichen bis auf den Bereich ausgebildet wird, in dem der Brückenteil vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das des Weiteren den Schritt des Entfemens einer oberen Oberflächenschicht des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms (11) nach dem Strukturieren des nicht-supraleitenden Dünnfilms (12) und vor dem Ausbilden des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms (13) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Supraleit-Flusstransformators mit einer Abgriffspule, einer Eingangsspule, einer ersten Leitung, die ein erstes Ende der Eingangsspule mit einem ersten Ende der Abgriffspule verbindet, und einer zweiten Leitung, die einen Brückenteil enthält und das zweite Ende der Abgriffspule mit dem zweiten Ende der Eingangsspule verbindet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms auf einem Substrat, der eine Struktur hat, die der Eingangsspule ohne einen Teil derselben, der von dem Brückenteil der zweiten Leitung geschnitten wird, der Abgriffspule, der ersten Leitung und der zweiten Leitung entspricht; Ausbilden eines nicht-supraleitenden Dünnfilms in einem Bereich, der den Brückenteil einschließt; und Ausbilden eines zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms mit einer Struktur, die der zweiten Leitung ohne den Brückenteil, der ersten Leitung, der Abgriffspule und der Eingangsspule entspricht; wobei der zweite Oxid-Supraleit-Dünnfilm direkt auf dem ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilm in allen Bereichen bis auf den Bereich, in dem der Brückenteil vorhanden ist, ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das des Weiteren den Schritt des Entfemens einer oberen Oberflächenschicht des ersten Oxid-Supraleit-Dünnfilms nach dem Strukturieren des nicht-supraleitenden Dünnfilms und vor dem Ausbilden des zweiten Oxid-Supraleit-Dünnfilms umfasst.