JP2006349496A

JP2006349496A - シングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ

Info

Publication number: JP2006349496A
Application number: JP2005175817A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kawai; 淳河合
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】高精度のピッチで磁気測定点を設定であり且つ熱雑音を抑制可能なシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサを提供する。
【解決手段】ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２），シャント抵抗（３），ダンピング抵抗（４）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤセンサ（１０）を、複数個、１枚の基板（１１）上に、半導体薄膜プロセスにより、２次元配列して形成する。
【効果】小動物の脳磁や心磁の測定に好適となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサに関し、さらに詳しくは、高精度のピッチで磁気測定点を設定であり且つ熱雑音を抑制可能なシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサに関する。

従来、２.５ｍｍ角のＳＱＵＩＤ磁気センサ・チップを、複数個、１枚のガラスエポキシ基板に配列して固着したマルチチャンネル磁気センサが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
他方、複数のＳＱＵＩＤを集積回路化したロジック回路が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
また、複数のＳＱＵＩＤを直列接続したＳＱＵＩＤアレイによる増幅回路が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

J.Kawai et.al, "A 9-channel relaxation oscillation SQUID magnetometer system integrated in a 16mm×16mm area", Superconductor Science Technology 14 (2001) 1081-1085 特開２００４−１５３２８２号公報特開平１１−２１１７９８号公報特開平１０−２４２５３７号公報

上記非特許文献１に開示のマルチチャンネル磁気センサでは、複数個のＳＱＵＩＤ磁気センサ・チップをガラスエポキシ基板上に高精度に配列する作業に手間がかかる上に、磁気測定点を高精度のピッチで設定できない問題点がある。また、配線幅が太い（細くても１００μｍ程度）ため、異なるチャネルの配線パターンの隙間が詰まってクロストークが起きたり、熱雑音を発生しやすい問題点がある。
そこで、本発明の目的は、高精度のピッチで磁気測定点を設定であり且つクロストークや熱雑音を抑制可能なシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサを提供することにある。
なお、上記特許文献１〜３に記載の技術は、磁気センサではなく、ロジック回路または増幅回路である。

第１の観点では、本発明は、ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）を、複数個、１枚の基板（１１）上に１次元または２次元配列して半導体薄膜プロセスにより形成したことを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）を提供する。
上記第１の観点によるシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）では、ピックアップコイル（１）〜フィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）を、複数個、１枚の基板（１１）上に半導体薄膜プロセスにより形成するため、高精度のピッチでＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）を１次元または２次元配列できる。すなわち、μｍオーダーの位置精度で磁気測定点を１次元または２次元配列することが出来る。また、配線幅を数μｍまで細くできるため、異なるチャネルの配線パターンの隙間をあけてクロストークを抑制できると共に、熱雑音の発生も抑制できる。
なお、基板（１１）は、半導体基板でもガラス基板でもよい。

第２の観点では、本発明は、上記第１の観点によるシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）において、前記基板（１１）の周縁にパッド（１２）が配設され、個々のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）と前記パッド（１２）を接続する配線パターン（１３，１４）が超伝導体であることを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）を提供する。
上記第２の観点によるシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）では、配線パターン（１３，１４）が超伝導体であるため、熱雑音の問題がなくなる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点によるシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）において、個々のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）のピックアップコイル（１）は、同形の複数個のセクタ形コイル（１ａ）を全体として円形状になるように配置すると共に並列接続した構成であることを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）を提供する。
上記第３の観点によるシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサでは、セクタ形コイル（１ａ）を並列接続することによってインダクタンスを小さくすることが出来る。また、全体として円形状にすることにより、隣接したチャネルでコイル辺が平行に近接することがなくなり、隣り合うＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）間のクロストークを最小限にすることが出来る。

本発明のシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサによれば、μｍオーダーの位置精度で磁気測定点を１次元または２次元配列することが出来る。また、異なるチャネル間のクロストークを抑制できると共に、熱雑音の発生も抑制でき、例えば小動物の脳磁や心磁の磁気分布を好適に測定できる。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ１００を示す概念図である。
このシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ１００は、１枚の半導体基板１１上に、９個の独立したＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の２次元配列を、半導体薄膜プロセスにより形成したものである。

一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０は、ピックアップコイル１と、ジョセフソン接合２，２’と、シャント抵抗３，３’と、ダンピング抵抗４と、フィードバックコイル５から構成されたＳＱＵＩＤマグネトメータである。

半導体基板１１は、１０ｍｍ×１０ｍｍのＳｉチップである。
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０のピッチは、２.７５ｍｍである。
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の磁束密度分解能は、１０fT/√Hzである。１００fT/√Hz以下が望ましい。

図２は、シングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ１００の平面図である。
一つのピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイルを全体として円形状になるように配置して形成されている。
一つのフィードバックコイル５は、セクタ形コイルであり、ピックアップコイル１の１個のセクタ形コイルとオーバーラップして形成されている。

このシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ１００は、フリップチップで基板に接続可能になっている。

図３は、一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の集積構造図である（配線パターンは省略）。
ピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイル１ａを、全体として円形状になるように配置し、且つ、並列接続して、形成されている。

図４は、一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の回路図である。
ピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイル１ａを全体として円形状になるように配置し且つ並列接続して形成されている。
ピン１２への配線パターン１３，１４は、幅１０μｍであり、超伝導材からなる。これはクロストークや熱雑音を抑制するためである。また、往路と復路をなるべくオーバーラップして形成されている。これは配線パターン１３，１４を通じてのクロストークを最小限にするためである。

実施例１に係るシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ１００によれば、次の効果が得られる。
（１）単一のＳｉチップに独立した複数のＳＱＵＩＤ磁気センサ１０を半導体薄膜プロセスにより集積しているので、μｍオーダーの位置精度で磁気測定点を１次元または２次元配列することが出来る。
（２）配線パターン１３，１４の幅を数μｍまで細くできるため、異なるチャネルの配線パターン１３，１４の隙間をあけてクロストークを抑制できると共に、熱雑音の発生も抑制できる。
（３）配線パターン１３，１４を超伝導材とするため、熱雑音の発生を抑制できる。
（４）配線パターン１３，１４の往路と復路をなるべくオーバーラップさせているので、配線パターン１３，１４を通じてのクロストークを最小限にすることが出来る。
（５）複数のセクタ形コイル１ａを並列接続しているので、ピックアップコイル１のインダクタンスを小さくすることが出来る。
（６）ピックアップコイル１を全体として円形状にしているので、隣り合うＳＱＵＩＤ磁気センサ１０間に隣接した平行辺がなく、クロストークを最小限にすることが出来る。
（７）フリップチップで基板に接続可能になっているため、ボンディングは不要であり、クロストークを低減できる。

ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０は、Ketchen型と呼ばれるものでもよい。

ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０を１次元配列としてもよい。

本発明のシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサは、小動物の脳磁や心磁の測定に利用できる。

実施例１に係るシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサの構成を示す概念図である。実施例１に係るシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサの平面図である。ＳＱＵＩＤ磁気センサの集積構造図である。ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の回路図である。

符号の説明

１ピックアップコイル
２，２’ ジョセフソン接合
３，３’ シャント抵抗
４ダンピング抵抗
５フィードバック抵抗
１０ＳＱＵＩＤ磁気センサ
１１半導体基板
１２ピン
１３，１４配線パターン
１００シングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ

Claims

ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）を、複数個、１枚の基板（１１）上に１次元または２次元配列して半導体薄膜プロセスにより形成したことを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）。
請求項１に記載のシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）において、前記基板（１１）の周縁にパッド（１２）が配設され、個々のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）と前記パッド（１２）を接続する配線パターン（１３，１４）が超伝導体であることを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）。
請求項１または請求項２に記載のシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）において、個々のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）のピックアップコイル（１）は、同形の複数個のセクタ形コイル（１ａ）を全体として円形状になるように配置すると共に並列接続した構成であることを特徴とするシングルチップ集積型マルチチャンネル磁気センサ（１００）。