DE69836891T2

DE69836891T2 - Magnetfeldsensor

Info

Publication number: DE69836891T2
Application number: DE69836891T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kobayashi; Hirokazu Itami Works Sumitomo Electr Kugai; Hideo Itami Works Sumitomo Electric Itozaki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-11-07
Also published as: US6344742B1; DE69836891D1; EP0916961B1; EP0916961A3; EP0916961A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetometer oder eine Vorrichtung zum Erfassen oder zum Messen eines schwachen magnetischen Feldes (wobei die Vorrichtung im Folgenden als Magnetfeldsensor bezeichnet wird) mit Verbesserungen im Hinblick auf die effektive Erfassungsfläche, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Magnetfeldsensor mit einem SQUID, das aus einem Oxidsupraleiter hergestellt ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein SQUID (supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung) ist ein äußerst empfindlicher Magnetfeldsensor, der aus einer supraleitenden Schleife mit einem oder zwei Josephson-Kontakten aufgebaut ist. Ein typisches SQUID-Muster, das in einer dünnen Schicht aus einem Oxidsupraleiter, der auf einem Substrat abgeschieden ist, hergestellt ist, umfasst einen Ring, der eine supraleitende Stromschleife bildet, die ein Loch umschließt, ein Paar aus Josephson-Kontakten, die in dem Ring ausgebildet sind, und ein Paar gegenüberliegender Anschlüsse zum Verbinden des Rings mit einer externen Schaltung. Mit dem SQUID wird eine Änderung des Magnetflusses eines Magnetfeldes, das durch das Loch greift, erfasst oder gemessen als eine Änderung einer Ausgangsspannung.
Um die Empfindlichkeit oder die Auflösung eines SQUID-Magnetfeldsensors zu verbessern, ist es erforderlich, die effektive Erfassungsfläche (A_eff) des SQUID's, durch die der magnetische Fluss tritt, zu vergrößern.
In Applied Physics Letters 59 (1), Juli 1991, Seiten 123, ist ein SQUID offenbart, das mit einem Flusswandler gekoppelt ist, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Dieser bekannte Magnetflusssensor erfordert zusätzliche Herstellungsschritte, um mehrere Windungen einer Aufnahmespule für den Flusswandler in einer dünnen Schicht eines Oxidsupraleiters zu bilden, so dass die Produktivität eines derartigen Verfahrens nicht sehr hoch ist. Ein weiterer Nachteil dieses Sensors besteht darin, dass der aus einem Supraleiter hergestellte Flusswandler während des Betriebs bis zu einer Temperatur abgekühlt werden muss, die kleiner ist als die kritische Temperatur.
Das japanische Journal für angewandte Physik, Band 32 (1993), Seite L662 berichtet über die Verwendung einer Flusseinfangplatte, die aus einem Supraleiter hergestellt ist. Die Verwendung der Flusseinfangplatte ist jedoch durch die Tatsache begrenzt, dass es schwierig ist, in der Praxis eine großflächige dünne Schicht aus einem Oxidsupraleiter herzustellen, so dass die Größe begrenzt ist.
US 5 463 518 beschreibt einen Magnetkopf mit einem SQUID mit einem Ring, der aus einem supraleitenden Material hergestellt ist und einen Josephson-Kontakt aufweist.
EP 0315258 A beschreibt eine Vorrichtung zum Auslesen von Information aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium. Die Vorrichtung umfasst ein SQUID, ein Magnetjoch, das aus zwei Flussführungseinrichtungen und einer Fläche für die Magnetflussankopplung des SQUID's an ein magnetisches Aufzeichnungsmedium aufgebaut ist. Ferner ist das SQUID mit einer Verbindungseinrichtung für eine Detektorschaltung versehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme bekannter Magnetfeldsensoren zu lösen und einen Magnetfeldsensor bereitzustellen, der einen einfachen Aufbau jedoch eine erhöhte effektive Aufnahmefläche besitzt.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Magnetfeldsensor gemäß Anspruch 1 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Im Wesentlichen beruht der erfindungsgemäße Magnetfeldsensor darauf, dass die Flussführungseinrichtung, die aus einem Material mit einer größeren Permeabilität als Vakuum hergestellt ist, mit dem SQUID direkt oder indirekt kombiniert ist.
Die magnetische Flussführungseinrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor verwendet wird, kann in sehr einfacher Weise hergestellt werden, da die Flussführungseinrichtung eine einfache Form aufweist, jedoch eine verbesserte Empfindlichkeit auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften oder ihrer hohen Permeabilität besitzt.
Da ferner die Flussführungseinrichtung nicht aus supraleitendem Material hergestellt ist, gibt es keine spezielle Beschränkung in den Abmessungen und eine Flussführungseinrichtung mit beliebigen geeigneten Eigenschaften kann damit erreicht werden.
Die Magnetflussleit- bzw. Führungseinrichtung des Magnetfeldsensors gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt vorzugsweise eine Höhe derart, dass sie dem dreifachen Durchmesser einer Endfläche entspricht, die nahe an dem SQUID angebracht ist, wenn eine Zylinderform der Magnetflussleiteinrichtung betrachtet wird.
Die Magnetflussleiteinrichtung besitzt vorzugsweise eine Form, so dass ein Verhältnis des Durchmessers einer größeren Endfläche zu einer kleineren Endfläche, die nahe an dem SQUID angeordnet ist, größer als ein Faktor 3 ist. Mit dieser Anordnung kann der magnetische Fluss äußerst effizient im Vergleich zu einem SQUID erfasst werden, das die gleiche effektive Einfangfläche besitzt. Der Vorteil des Vergrößerns der effektiven Einfangfläche bzw. Erfassungsfläche wird nicht mehr erwartet, wenn das Verhältnis größer als ein Faktor 15 ist. Daher wird das Verhältnis vorzugsweise auf einen Bereich zwischen 3 und 15 beschränkt.
Die Flussleiteinrichtung ist vorzugsweise aus Permalloy hergestellt, das ein „Material mit einer hohen Permeabilität" ist und auf dem Markt gut verfügbar ist. Ein „Material mit hoher Permeabilität" bedeutet ein Material, dessen Permeabilität größer ist als jene des Vakuums.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es werden nunmehr einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetfeldsensors unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der Schutzbereich der Erfindung ist jedoch nicht durch diese Ausführungsformen beschränkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Grundlage eines Magnetfeldsensors, wobei gewisse Prinzipien dargestellt sind, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. „A" ist eine Draufsicht und „B" ist eine Seitenansicht.
2 ist eine anschauliche Ansicht, die die Funktion einer Magnetflussleiteinrichtung mit einigen Prinzipien, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, zeigt. „A" ist Stand der Technik und „B" ist die Erfindung.
3 ist eine anschauliche Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das zum Verständnis der vorliegenden Erfindung geeignet ist. „A" ist eine Draufsicht und „B" ist eine Seitenansicht.
4 ist eine anschauliche Draufsicht einer Struktur eines Flusswandlers, der vorteilhafterweise in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
5 zeigt Formen („A", „C") der Magnetflussleiteinrichtungen, die in den erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor verwendet werden. „B" ist eine Ansicht, die zeigt, wie die Magnetflussleiteinrichtung anzuordnen ist.
6 zeigt die Funktion der Magnetflussleiteinrichtung.
7 zeigt, wie der in 4 gezeigte Magnetfeldsensor mit einem SQUID zu kombinieren ist. „A" ist eine Seitenansicht und „B" ist eine Ansicht von hinten.
8 ist eine anschauliche Ansicht, die einen weiteren Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, in der eine Einfang- bzw. Erfassungsplatte verwendet ist.
9 (Stand der Technik) ist eine anschauliche Draufsicht, wobei ein typischer Aufbau eines SQUID's gezeigt ist, das aus einem Oxidsupraleiter hergestellt ist, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
10 zeigt einen weiteren Aufbau der Magnetflussleiteinrichtungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
11 ist eine anschauliche Ansicht, die die Funktion der Flussleiteinrichtung aus 10 zeigt.
12 zeigt einen weiteren Aufbau der Magnetflussleitanordnung, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. „A" ist eine perspektivische Ansicht, während „B" ein Querschnitt ist.
13 ist eine anschauliche Ansicht, die die Funktion der Flussleiteinrichtung aus 12 zeigt.
Zunächst wird der Aufbau des konventionellen SQUID's (supraleitende Quanteninterferenz-Vorrichtung) mit Bezug zu 9 dargestellt, wobei ein typisches SQUID gezeigt ist, das aus einer dünnen Schicht eines Oxidsupraleiters hergestellt ist.
Das SQUID ist aus einer dünnen Schicht eines Oxidsupraleiters aufgebaut, der auf einem Substrat abgeschieden ist. Ein Muster bzw. eine Struktur des SQUIDs besteht aus einem Ring 13, der eine superleitende Stromschleife, die ein Loch 12 umgibt, bildet, einem Paar aus Josephson-Kontakten 11, die auf dem Ring 13 ausgebildet sind, und aus einem Paar gegenüberliegenden Anschlüssen 14, um den Ring 13 mit einer externen Schaltung zu verbinden. In dem SQUID ist eine Änderung eines magnetischen Flusses, der durch das Loch 12 tritt, in Form einer Änderung der Ausgangsspannung detektierbar.
1 ist eine Darstellung, die das Prinzip eines Magnetfeldsenders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen aus einem SQUID 10, das auf einem Substrat 15 gebildet ist, und einer Flussleiteinrichtung 20, die auf dem SQUID 10 angeordnet ist, aufgebaut. Das SQUID 10 selbst entspricht dem konventionellen SQUID aus 9. Die Flussleiteinrichtung 20 ist auf einem Lochmuster 12 so angeordnet, dass das SQUID koaxial zu dem Ring 13 angeordnet ist.
2 ist eine anschauliche Ansicht, in der die Funktion des in 1 gezeigten Magnetfeldsensors erläutert wird. 2(A) zeigt einen Fall, wenn lediglich das SQUID 10, das auf dem Substrat 15 ausgebildet ist, den magnetischen Fluss erfasst. In diesem Falle ist der von dem SQUID 10 erfasste magnetische Fluss auf den Fluss beschränkt, der innerhalb des Ringes 13 des SQUID's 10 verläuft. 2(B) zeigt den Fall der vorliegenden Erfindung, in der der magnetische Fluss von der Flussleiteinrichtung 20 mit hoher Permeabilität angezogen oder aufgenommen wird, so dass das SQUID 10 eine größere Fläche des mag netischen Flusses detektiert, wobei die Fläche durch die horizontale Querschnittsfläche der Flussleiteinrichtung 20 festgelegt ist. Anders gesagt, es wird eine größere Fläche des magnetischen Flusses detektiert, die breiter ist als die effektive Einfangfläche (A_eff) des SQUID's 10 alleine.
3 ist eine Darstellung, in der eine Ausführungsform eines Magnetfeldsensors gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Der Magnetfeldsensor weist eine Aufnahmespule 16, die mit einem SQUID 10, wie es in 3(A) gezeigt ist, verbunden ist, und eine Flussleiteinrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf der Aufnahmespule 16 angeordnet.
4 ist eine Darstellung, in der ein Flusswandler gezeigt ist, der in einer weiteren Ausführungsform eines Magnetfeldsensors gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Der Flusswandler 30 ist ein Muster bzw. eine Struktur, die in einer dünnen Schicht aus einen Oxidsupraleiter ausgebildet ist, der auf einem Substrat 33 abgeschieden ist, wie in 4 gezeigt ist, und es ist eine Aufnahmespule 31 eines großen Rechtecks und eine Eingangsspule 32 mit mehreren Windungen vorgesehen. Die Windungen der Eingangsspule 32 sind voneinander mittels einer Isolierschicht 34 getrennt, die unter der Eingangsspule 32 eingefügt ist. Eine Flussleiteinrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Mitte der Aufnahmespule 31 des Flusswandlers 30 angeordnet.
5 zeigt Variationen der Flussleiteinrichtung, die in dem Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie in 5(A) gezeigt ist, besitzt die Flussleiteinrichtung 21 ein kleineres unteres Ende, eine größere Oberseite und eine schräg zulaufende Seitenfläche, die die Endflächen verbindet.
6 ist eine Darstellung, in der der Effekt gezeigt ist, so dass die zuvor genannte Form ein Zusammenführen des magnetischen Flusses erlaubt, der in dem größeren oberen Ende in der Platte eingefangen ist und um den resultierenden zusammengeführten Fluss in Richtung des SQUID's zu führen, so dass der magnetische Fluss mit hoher Effizienz in das SQUID eingeführt wird. Die Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors kann durch Modifizieren der Form oder des Aufbaus der Flussleiteinrichtung eingestellt werden.
Die Flussleiteinrichtung besitzt einen horizontalen Querschnitt in Form eines Kreises, wie dies in 5(A) gezeigt ist, und kann einen horizontalen Querschnitt entsprechend einem Rechteck aufweisen, wie dies in 5(B) gezeigt ist, um damit einem Lochmuster des SQUID's zu entsprechen. Selbstverständlich können beliebige horizontale Querschnitte gemäß den Gegebenheiten eingesetzt werden, und die Vorteile der vorliegenden Erfindung hängen nicht von der Form des horizontalen Querschnitts ab.
7 zeigt, wie der magnetische Flusswandler 30, der in 4 gezeigt ist, mit einem SQUID zu kombinieren ist. Wie in 7 gezeigt ist, wird ein Substrat 15 mit einem darauf ausgebildeten SQUID umgedreht und so in Position gebracht, dass eine Eingangsspule 32 des Magnetflusswandlers, auf welchem eine Magnetflussleiteinrichtung 21 (22) angeordnet ist, nahe an dem SQUID angeordnet und diesem zugewandt ist. Diese Anordnung erlaubt es, einen in der Platte eingefangenen Magnetfluss mittels der Flussleiteinrichtung 21 (22) dem SQUID 10 mit hoher Effizienz zuzuführen.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Einfangplatte 35 verwendet wird. Die Einfangplatte 35 kann aus einer dünnen Schicht eines Oxidsupraleiters, der auf einem Substrat abgeschieden ist, hergestellt werden.
10 zeigt einen weiteren Aufbau der Magnetflussleiteinrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor verwendet werden kann. Wie in 10(A) gezeigt ist, besitzt die in dieser Ausführungsform verwendete Magnetflussleiteinrichtung 23 die gleiche Seitenansicht eines durchgeschnittenen Korns wie in 5, ist allerdings ein hohler Körper mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wie sie im Querschnitt in 10(B) gezeigt sind.
11 ist ein Diagramm eines Flusses, wobei gezeigt wird, wie der magnetische Fluss oder die Verteilung sich verhält, wenn die hohle Magnetflussleiteinrichtung 23 aus 10 in einem Magnetfeld angeordnet wird. 11 zeigt, dass der durch die Magnetflussleiteinrichtung 23 durchtretende Fluss an einem schnelleren Ende konzentriert wird und dass eine derartige Verschiebung entlang einer Oberfläche der Flussleiteinrichtung 23 auftritt, so dass die Flussleiteinrichtung zum Konzentrieren des magnetischen Flusses dient. Anders ausgedrückt, die effektive Einfangfläche (A_eff) des SQUID's kann vergrößert werden, indem die Flussleiteinrichtung so angeordnet wird, dass ihre schmälere Endfläche nahe an dem SQUID angeordnet und diesem zugewandt ist.
Diese hohle Flussleiteinrichtung kann durch ein beliebiges bekanntes Verfahren hergestellt werden, etwa Gießen, wobei die Flussleiteinrichtung als ein einzelnes Stück erhalten wird, oder kann durch Bearbeitung hergestellt werden, wobei eine Bohrung in einem Festkörper eingearbeitet wird, oder indem ein Schichtmetall verformt wird. Das Material der hohlen Flussleiteinrichtung kann das gleiche sein, wie dies zuvor erläutert ist.
12 zeigt eine magnetische Flussleitanordnung, die im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die magnetische Flussleiteinrichtung hergestellt werden kann, die in 10 gezeigt ist. Die magnetische Flussleitanordnung, die in 12 gezeigt ist, umfasst die gleiche Flussleiteinrichtung 23 aus 10 und eine flache Abschirmplatte 24. Die flache Abschirmplatte 24 besitzt ein zentrales Loch, wie in 12(B) gezeigt ist, in das das obere Ende der Flussleiteinrichtung 23 eingeführt ist. Die flache Abschirmplatte 24 ist aus einem Material mit hoher Permeabilität hergestellt.
Die Magnetflussleitanordnung wird so auf einem SQUID angeordnet, dass die Flussleiteinrichtung 23 in der gleichen Position wie die in 5 gezeigte Flussleiteinrichtung angeordnet ist. In dieser Anordnung ist die Funktion der Flussleiteinrichtung 23 die gleiche wie in 10, wobei jedoch durch die flache Abschirmplatte 24 einzusätzlicher Vorteil erreicht wird.
13 ist ein Diagramm zur Flussdarstellung, wobei dargestellt ist, wie der magnetische Fluss verläuft oder verteilt ist, wenn die flache Abschirmplatte 24 in einem magnetischen Feld angeordnet wird. 13 zeigt, dass der durch die flache Abschirmplatte 24 hindurchtretende Magnetfluss an gegenüberliegenden Enden konzentriert wird, und somit können, wenn die flache Abschirmplatte 24 verwendet wird, umgebende Magnetflüsse, die nicht durch die Flussleiteinrichtung 23 verlaufen, von dem SQUID getrennt werden, so dass eine möglichst effiziente Erfassung von Flussanteilen sichergestellt ist. Die flache Abschirmplatte 24 besitzt eine weitere Funktion, so dass das SQUID von magnetischen Flüssen getrennt werden kann, die parallel zu dem SQUID sind.
Es werden nunmehr einige Beispiele von Magnetfeldsensoren erläutert, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
Beispiel 1
Eine dünne Schicht aus Ho₁Ba₂Cu₃O_7-x(0 ≤ x ≤ 1) mit einer Dicke von 2000 Angstrom wurde auf einem Substrat aus SrTiO₃ abgeschieden, auf der eine Stufe mit einer Höhe von 1500 Angstrom ausgebildet war. Die dünne Schicht wurde dann zu einem Muster mit Abmessungen geätzt, die in 9 gezeigt sind, um ein SQUID mit Stufe-Rand mit Josephson-Kontakten zu bilden. Der Josephson-Kontakt besitzt eine Breite von 3 μm. Das SQUID besitzt eine Induktivität von 80 pH.
Das SQUID wurde in Flüssigstickstoff eingetaucht, um die effektive Einfangfläche (A_eff) von 0,2 mm² zu ermitteln.
Anschließend wurde eine zylindrische Flussleiteinrichtung aus Permalloy mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Höhe von 10 mm auf dem SQUID angeordnet, und es wurde die effektive Einfangfläche (A_eff) gemessen. Die effektive Einfangfläche (A_eff) erhöhte sich auf 0,3 mm².
Beispiel 2
Es wurde das Beispiel 1 verwendet, jedoch wurde die magnetische Flussleiteinrichtung, die aus Permalloy hergestellt war und eine Form und Abmessungen aufwies, wie sie in 5(A) gezeigt sind, auf dem SQUID angeordnet.
Die effektive Einfangfläche (A_eff) erhöhte sich auf 0,6 mm².
Beispiel 3
Es wurde eine SQUID mit einer Aufnahmespule, wie sie in 3 gezeigt ist, aus dem gleichen Material wie in Beispiel 1 hergestellt. Das SQUID besaß ein Loch mit der gleichen Abmessung wie im Beispiel 1 und die Aufnahmespule ist in Form eines Rechtecks vorgesehen, wobei jede Seite 5 mm lang ist. Es wurde die gleiche Magnetflussleiteinrichtung wie im Beispiel 2 auf dem SQUID angeordnet, wobei diese mit der Aufnahmespule ausgestattet war, und die effektive Einfangfläche (A_eff) wurde bestimmt.
Die effektive Einfangfläche (A_eff) erhöhte sich von 0,2 mm² auf 0,6 mm².
Beispiel 4
Es wurde eine magnetische Einfangplatte für Magnetflüsse einem SQUID hinzugefügt, das dann mit der magnetischen Flussleiteinrichtung kombiniert wurde, um einen Magnetfeldsensor zu bilden. Insbesondere wurde die Einfangplatte mit einer Form und Abmessung, wie sie in 8(A) gezeigt sind, auf einem SQUID nach dem Beispiel 1 angeordnet und es wurde anschließend eine Magnetflussleiteinrichtung, die aus dem gleichen Material hergestellt ist und die gleiche Form und Abmessungen, wie sie in 5(A) gezeigt sind, aufwies, auf der Einfangplatte angeordnet, um einen Magnetfeldsensor mit einer Querschnittsansicht, wie sie in 8(B) gezeigt ist, zu bilden.
Die effektive Einfangfläche (A_eff), die in der gleichen Weise wie in den anderen Beispielen bestimmt wurde, erhöhte sich von 0,3 mm² auf 0,9 mm².
Beispiel 5
Ein Magnetflusswandler mit einer Eingangsspule, die aus zehn (10) rechteckigen Windungen aufgebaut war, und eine 10 mm² Aufnahmespule wurden aus dem gleichen Material des SQUID's in Beispiel 1 hergestellt. Eine Isolierschicht 34 für die Eingangsspule wurde aus einer dünnen Schicht aus SrTiO₃ hergestellt. Der Magnetflusswandler wurde mit dem gleichen SQUID wie im Beispiel 1 kombiniert, um einen Magnetfeldsensor zu bilden. Die effektive Einfangfläche (A_eff) dieses Sensors betrug 1,0 mm².
Anschließend wurde eine Magnetflussleiteinrichtung mit der gleichen Form wie in 5(A) jedoch mit einem Basisdurchmesser von 9 mm auf dem magnetischen Flusswandler angeordnet, um einen weiteren Magnetfeldsensor zu bilden. Die effektive Einfangfläche (A_eff) dieses Sensors betrug 2,0 mm².
Beispiel 6
Es wurde ein Element, das selbst als ein Magnetfeldsensor funktioniert, hergestellt, indem das gleiche SQUID und ein Magnetflusswandler, wie er im Beispiel 5 erwähnt wurde, verwendet wurden. Eine Magnetflussleiteinrichtung mit einer umgedrehten Kegelstumpfform mit einem Durchmesser der Basis von 9 mm, die dem Element zugewendet ist, einem oberen Durchmesser von 27 mm und einer Höhe von 45 mm wurde auf dem Element angeordnet, um einen Magnetfeldsensor zu bilden.
Die effektive Einfangfläche (A_eff) dieses Magnetfeldsensors betrug 4,0 mm².
Beispiel 7
Ein Element, das selbst als ein Magnetfeldsensor dient, wurde unter Anwendung des gleichen SQUID's hergestellt. Eine hohle Magnetflussleiteinrichtung mit einer umgekehrten Kegelstumpfform mit einem Basisdurchmesser von 10 mm, einem oberen Durchmesser von 3 mm und einer Höhe von 10 mm wurde aus einer Schicht mit einer Dicke von 1 mm hergestellt und wurde auf dem SQUID angeordnet, um einen Magnetfeldsensor zu bilden.
Die effektive Einfangfläche (A_eff) dieses Magnetfeldsensors betrug 0,6 mm².
Beispiel 8
Es wurden das gleiche SQUID und eine Magnetflussleiteinrichtung des Beispiels 7 verwendet.
Eine magnetische Abschirmplatte, wie sie in 12 gezeigt ist, wurde aus einer Metallschicht mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 30 mm hergestellt. Die Magnetflussleiteinrichtung wurde auf dem SQUID angeordnet und die Magnetabschirmplatte wird parallel zu einer Oberfläche des SQUID's mit einem Abstand von 2 mm angeordnet, um einen Magnetfeldsensor zu bilden.
Die effektive Einfangfläche (A_eff) dieses Magnetfeldsensors beträgt 0,6 mm². Das magnetische Rauschen wurde um eine Größenordnung im Vergleich zu dem Beispiel 1 durch Verwenden der magnetischen Abschirmplatte reduziert.
Obwohl in den Beispielen Ho₁Ba₂Cu₃O_7-x verwendet wurde, um andere Teile herzustellen, ist das Material nicht auf dieses spezielle Material eingeschränkt, die gleichen Vorteile können erreicht werden, wenn die magnetische Flussleiteinrichtung mit einem SQUID kombiniert wird, das aus anderen Oxidsupraleitern hergestellt ist, etwa Y₁Ba₂Cu₃O_7-x oder metallartige Supraleiter können verwendet werden.
Wie zuvor beschrieben ist, besitzt der Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung einen einfachen Aufbau, erlaubt es jedoch, die effektive Einfangfläche mit hoher Effizienz zu vergrößern.
Die Magnetflussleiteinrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor eingesetzt wird, kann aus einem kostengünstigen Material und in einfacher Weise hergestellt werden, so dass die Fertigungskosten des Magnetfeldsensors verringert werden können. Der Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einfacher Weise angewendet werden. Somit lässt sich zusammenfassend sagen, dass die vorliegende Erfindung die Anwendbarkeit von Magnetfeldsensoren verbessert.

Claims

Magnetfeldsensor, der umfasst: eine SQUID (Superconducting Interference Device)-Vorrichtung (10), die aus einem Ring (13), der eine supraleitende Stromschleife bildet, die ein Loch (12) umgibt, einem Paar Josephson-Kontakten (11), die an dem Ring (13) ausgebildet sind, sowie einem Paar einander gegenüberliegender Anschlüsse (14) zur Verbindung des Rings (13) mit einer äußeren Schaltung besteht; und gekennzeichnet durch: eine Fluss-Leiteinrichtung (20, 21, 22, 23), die eine höhere Permeabilität als Vakuum aufweist und mit der SQUID (10) gekoppelt ist, um eine effektive Fluss-Einfangfläche zu vergrößern, wobei die Fluss-Leiteinrichtung (20, 21, 22, 23) die Form eines Kegelstumpfes mit einem Durchgangsloch hat, das sich von einem kleineren unteren Ende zu einem größeren oberen Ende erstreckt, eine Abschirmplatte (24), die aus einem Material mit einer höheren Permeabilität als Vakuum besteht, wobei die Abschirmplatte (24) parallel zu der SQUID (10) ist und ein Mittelloch aufweist, in das ein oberes Ende des Kegelstumpfes eingeführt ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, wobei der Kegelstumpf direkt mit der SQUID (10) gekoppelt ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 2, wobei der Kegelstumpf koaxial zu dem Loch (12) über dem Ring (13) des SQUID (10) positioniert ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, wobei der Kegelstumpf indirekt mit der SQUID (10) gekoppelt ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 4, der des weiteren einen Magnetflusswandler (30) enthält, wobei der Kegelstumpf so an dem Magnetflusswandler (30) angeordnet wird, dass der Kegelstumpf Magnetfluss zu dem Magnetflusswandler (30) leitet.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 5, wobei der Magnetflusswandler (30) eine Aufnehmerspule (31) und eine Eingangsspule (32) hat, die mit der Aufnehmerspule (31) verbunden ist, und der Kegelstumpf so an der Aufnehmerspule (31) angeordnet ist, dass der Kegelstumpf Magnetfluss zu der Aufnehmerspule (31) leitet.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 6, wobei das kleinere untere Ende über der Aufnehmerspule (31) angeordnet ist, um Fluss zu der Aufnehmerspule (31) zu leiten.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis des Durchmessers des größeren oberen Endes zu dem Durchmesser des kleineren unteren Endes, das nahe an der Aufnehmerspule (31) positioniert ist, größer als 3, jedoch kleiner als 15 ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, wobei der Kegelstumpf aus Permalloy besteht.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 6, wobei die SQUID (10) die Aufnehmer- und die Eingangsspule (31, 32) des Magnetflusswandlers (30) und eine Fluss-Einfangplatte (35) aus Dünnfilm aus Oxid-Supraleiter bestehen.