JP2621623B2 - スクイド - Google Patents
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- JP2621623B2 JP2621623B2 JP2262019A JP26201990A JP2621623B2 JP 2621623 B2 JP2621623 B2 JP 2621623B2 JP 2262019 A JP2262019 A JP 2262019A JP 26201990 A JP26201990 A JP 26201990A JP 2621623 B2 JP2621623 B2 JP 2621623B2
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- substrate
- film
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は超伝導ループの所定箇所にジョセフソン接
合部（以下、JJと略称する）が形成されているととも
に、JJが形成された超伝導ループ（以下、SQUIDループ
と称する）に効率よく磁束を導くインプット・コイルお
よび外部磁束の変動を補償する磁束を超伝導ループに与
えるモジュレーション・コイルが配置されてなる基本的
構成を有し、かつ全体が基板上に集積化されたSQUID
（超伝導量子干渉素子、Superconducting Quantum Inte
rference Device）に関する。
合部（以下、JJと略称する）が形成されているととも
に、JJが形成された超伝導ループ（以下、SQUIDループ
と称する）に効率よく磁束を導くインプット・コイルお
よび外部磁束の変動を補償する磁束を超伝導ループに与
えるモジュレーション・コイルが配置されてなる基本的
構成を有し、かつ全体が基板上に集積化されたSQUID
（超伝導量子干渉素子、Superconducting Quantum Inte
rference Device）に関する。
＜従来の技術、および発明が解決しようとする課題＞ 従来から非常に高感度の磁束検出を行なうことができ
るという特質に着目して、種々の分野でSQUIDが応用さ
れている。また、SQUIDには、ジョセフソン接合（以
下、JJと略称する）を１つだけ有するrf−SQUIDと、JJ
を２つ有するdc−SQUIDとがあり、従来はrf−SQUIDが一
般的に用いられていたが、最近では半導体製造技術が進
歩して特性が揃った２つのJJが得られるようになってき
たので、磁束検出感度が高いdc−SQUIDが広く用いられ
るようになってきた。
るという特質に着目して、種々の分野でSQUIDが応用さ
れている。また、SQUIDには、ジョセフソン接合（以
下、JJと略称する）を１つだけ有するrf−SQUIDと、JJ
を２つ有するdc−SQUIDとがあり、従来はrf−SQUIDが一
般的に用いられていたが、最近では半導体製造技術が進
歩して特性が揃った２つのJJが得られるようになってき
たので、磁束検出感度が高いdc−SQUIDが広く用いられ
るようになってきた。
第７図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気回路
図であり、超伝導ループ（51）の所定箇所に２つのＪ
（52）が形成されているとともに、２つのJJ（52）を挟
んで超伝導ループ（51）にバイアス電流を供給してい
る。そして、測定対象の磁束を検出するためのピックア
ップ・コイルと接続されたインプット・コイル（53）を
超伝導ループ（51）に近接させて設けている。尚、（5
4）は磁束ロック・ループ動作を行なわせるためのモジ
ューレーション・コイルである。
図であり、超伝導ループ（51）の所定箇所に２つのＪ
（52）が形成されているとともに、２つのJJ（52）を挟
んで超伝導ループ（51）にバイアス電流を供給してい
る。そして、測定対象の磁束を検出するためのピックア
ップ・コイルと接続されたインプット・コイル（53）を
超伝導ループ（51）に近接させて設けている。尚、（5
4）は磁束ロック・ループ動作を行なわせるためのモジ
ューレーション・コイルである。
第８図（Ａ）は従来のSQUIDの構成を示す平面図、同
図（Ｂ）は縦断面図であり、インプット・コイル（53）
と超伝導ループ（51）とJJ（52）とが積層形成されてい
る。尚、（55）は配線、（56）は層間絶縁である。
図（Ｂ）は縦断面図であり、インプット・コイル（53）
と超伝導ループ（51）とJJ（52）とが積層形成されてい
る。尚、（55）は配線、（56）は層間絶縁である。
上記の構成のSQUIDであれば、インプット・コイル（5
3）と超伝導ループ（51）とを接近させることができる
ので、インプット・コイル（53）から超伝導ループ（5
1）への磁束伝達効率が高くなるという利点を有するこ
とになる。
3）と超伝導ループ（51）とを接近させることができる
ので、インプット・コイル（53）から超伝導ループ（5
1）への磁束伝達効率が高くなるという利点を有するこ
とになる。
この構成のSQUIDは、チップの外径寸法を小さくする
ために最小線幅でインプット・コイルを設計していると
ともに、SQUIDループの下にインプット・コイルが積層
されている関係上、タップの取り出しが殆ど不可能であ
り、しかも、伝送効率を最大にするためには、外部環境
条件を考慮する必要がある外付けのピックアップ・コイ
ルの設計に応じて渦巻き型のインプット・コイル（53）
のインダクタンスＬを最適値にする必要があるので、ピ
ックアップ・コイルに合せてターン数が異なるSQUIDを
作成するようにしている。この結果、インプット・コイ
ルのターン数に応じたマスク・パターンを準備する必要
があるので、設計工数および製造工数が増大する。ま
た、インプット・コイルのターン数に応じてチップの大
きさが異なり、各大きさのチップに対応してパッケージ
を準備しておかなければならず、コスト・アップ、製造
効率の低下、信頼性の低下等を招いてしまう。
ために最小線幅でインプット・コイルを設計していると
ともに、SQUIDループの下にインプット・コイルが積層
されている関係上、タップの取り出しが殆ど不可能であ
り、しかも、伝送効率を最大にするためには、外部環境
条件を考慮する必要がある外付けのピックアップ・コイ
ルの設計に応じて渦巻き型のインプット・コイル（53）
のインダクタンスＬを最適値にする必要があるので、ピ
ックアップ・コイルに合せてターン数が異なるSQUIDを
作成するようにしている。この結果、インプット・コイ
ルのターン数に応じたマスク・パターンを準備する必要
があるので、設計工数および製造工数が増大する。ま
た、インプット・コイルのターン数に応じてチップの大
きさが異なり、各大きさのチップに対応してパッケージ
を準備しておかなければならず、コスト・アップ、製造
効率の低下、信頼性の低下等を招いてしまう。
また、SQUIDは電磁ノイズに弱いのであるから、生体
磁場のような微弱磁場の測定を行なう場合には、磁場計
測精度を高めるためにニオブ管を用いた超伝導シールド
に収容されるのであるが、ニオブ管を用いた超伝導シー
ルドは熱容量が大きいので、液体ヘリウムを用いた冷却
システムにおいては液体ヘリウムの消耗量が著しく多く
なり、冷凍機を用いた冷却システムにおいてはクール・
ダウンに長時間を要することになる。この点を考慮し
て、SQUIDの構造を眼鏡型とすることにより外部磁場の
影響をキャンセルし、超伝導シールドを不要とすること
が提案されているが、クール・ダウン時に外部磁場にさ
らされるため磁束トラップを引き起し易いという不都合
がある。
磁場のような微弱磁場の測定を行なう場合には、磁場計
測精度を高めるためにニオブ管を用いた超伝導シールド
に収容されるのであるが、ニオブ管を用いた超伝導シー
ルドは熱容量が大きいので、液体ヘリウムを用いた冷却
システムにおいては液体ヘリウムの消耗量が著しく多く
なり、冷凍機を用いた冷却システムにおいてはクール・
ダウンに長時間を要することになる。この点を考慮し
て、SQUIDの構造を眼鏡型とすることにより外部磁場の
影響をキャンセルし、超伝導シールドを不要とすること
が提案されているが、クール・ダウン時に外部磁場にさ
らされるため磁束トラップを引き起し易いという不都合
がある。
さらに、SQUIDの各層を形成するに当って層間絶縁が
必須であるが、層間絶縁お形成するに当ってSQUIDの特
性劣化を防止しなければならない関係上、高温の膜形成
プロセスを採用できず、良好な層間絶縁膜を得ることが
できないのみならず、層数が増加すると良好な平坦化を
達成できなくなるので微細加工が困難になり、あえて微
細加工を行なおうとすれば断線等が生じる結果、SQUID
を製造する場合の歩留りが低下してしまう。
必須であるが、層間絶縁お形成するに当ってSQUIDの特
性劣化を防止しなければならない関係上、高温の膜形成
プロセスを採用できず、良好な層間絶縁膜を得ることが
できないのみならず、層数が増加すると良好な平坦化を
達成できなくなるので微細加工が困難になり、あえて微
細加工を行なおうとすれば断線等が生じる結果、SQUID
を製造する場合の歩留りが低下してしまう。
＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、歩留りを向上させることができる新規な構成のSQUI
Dを提供することを第１の目的とし、チップ・サイズを
変更することなくインダクタンスの変更を簡単に達成で
きるSQUIDを提供することを第２の目的とし、超伝導状
態にするために必要な冷凍能力を小さくできるSQUIDを
提供することを第３の目的としている。
り、歩留りを向上させることができる新規な構成のSQUI
Dを提供することを第１の目的とし、チップ・サイズを
変更することなくインダクタンスの変更を簡単に達成で
きるSQUIDを提供することを第２の目的とし、超伝導状
態にするために必要な冷凍能力を小さくできるSQUIDを
提供することを第３の目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、特許請求の範囲第１項
に係るSQUIDは、基板上に、軸心が基板と平行になるよ
うにSQUIDループ、モジュレーション・コイルおよびイ
ンプット・コイルを配置してあり、SQUIDループに対す
る配線がSQUIDループの軸心と平行かつ基板と平行に設
けられてある。
に係るSQUIDは、基板上に、軸心が基板と平行になるよ
うにSQUIDループ、モジュレーション・コイルおよびイ
ンプット・コイルを配置してあり、SQUIDループに対す
る配線がSQUIDループの軸心と平行かつ基板と平行に設
けられてある。
但し、インプット・コイルの所定位置にタップが設け
られてあることが好ましい。
られてあることが好ましい。
特許請求の範囲第３項に係るSQUIDは、基板上に、軸
心が基板と平行になるようにSQUIDループ、モジュレー
ション・コイルおよびインプット・コイルを配置してあ
り、インプット・コイルの所定位置にタップが設けられ
てある。
心が基板と平行になるようにSQUIDループ、モジュレー
ション・コイルおよびインプット・コイルを配置してあ
り、インプット・コイルの所定位置にタップが設けられ
てある。
但し、SQUIDループ、モジュレーション・コイルおよ
びインプット・コイルを包囲する超伝導シールドが基板
上に一体的に設けられてあることが好ましい。
びインプット・コイルを包囲する超伝導シールドが基板
上に一体的に設けられてあることが好ましい。
＜作用＞ 以上の構成のSQUIDであれば、基板上に、軸心が基板
と平行になるようにSQUIDループ、モジュレーション・
コイルおよびインプット・コイルを配置してあるので、
SQUIDループ、モジュレーション・コイル、インプット
・コイルを積層する必要がなく、これらの間の絶縁が、
積層する場合の層間絶縁と比較して簡単に形成できると
ともに、平坦化処理が不要になるので、SQUIDを製造す
る場合の歩留りを向上させることができる。また、これ
らの間隔についても、半導体プロセスにおけるパターニ
ング技術を適用することにより積層構造の場合と同程度
の間隔にでき、良好なSQUID特性を達成できる。
と平行になるようにSQUIDループ、モジュレーション・
コイルおよびインプット・コイルを配置してあるので、
SQUIDループ、モジュレーション・コイル、インプット
・コイルを積層する必要がなく、これらの間の絶縁が、
積層する場合の層間絶縁と比較して簡単に形成できると
ともに、平坦化処理が不要になるので、SQUIDを製造す
る場合の歩留りを向上させることができる。また、これ
らの間隔についても、半導体プロセスにおけるパターニ
ング技術を適用することにより積層構造の場合と同程度
の間隔にでき、良好なSQUID特性を達成できる。
さらに、インプット・コイルが必要ターン数だけ基板
と平行に形成されているのであるから、基板上に渦巻き
上に巻回されたインプットコイルと異なり、必要に応じ
て予め簡単にタップを形成しておくことができる。
と平行に形成されているのであるから、基板上に渦巻き
上に巻回されたインプットコイルと異なり、必要に応じ
て予め簡単にタップを形成しておくことができる。
さらにまた、比較的大きい基板上に複数個のSQUIDを
所定間隔で製造することができる。
所定間隔で製造することができる。
そして、SQUIDループに対する配線がSQUIDループの軸
心と平行かつ基板と平行に設けられてある場合には、配
線を流れる電流により作られる磁場が基板上に形成され
たSQUIDに干渉するという不都合を確実に防止でき、SQU
ID特性を一層良好にできる。
心と平行かつ基板と平行に設けられてある場合には、配
線を流れる電流により作られる磁場が基板上に形成され
たSQUIDに干渉するという不都合を確実に防止でき、SQU
ID特性を一層良好にできる。
また、インプット・コイルの所定位置にタップが設け
られてある場合には、タップを選択することにより簡単
にインプット・コイルのターン数を変更することがで
き、外付けのピックアップ・コイルのインダクタンスに
応じて最適のターン数を選択できるので、ピックアップ
・コイルに応じて異なるSQUIDを使用しなければならな
いという不都合を解消できる。
られてある場合には、タップを選択することにより簡単
にインプット・コイルのターン数を変更することがで
き、外付けのピックアップ・コイルのインダクタンスに
応じて最適のターン数を選択できるので、ピックアップ
・コイルに応じて異なるSQUIDを使用しなければならな
いという不都合を解消できる。
さらに、SQUIDループ、モジュレーション・コイルお
おびインプット・コイルを包囲する超伝導シールドが基
板上に一体的に設けられてある場合には、特別にニオブ
管を用いた超伝導シールドにSQUIDを収容する必要がな
く、クール・ダウンに必要な冷凍能力を小さくできる。
そして、基板上に複数個のSQUIDを形成した場合におけ
るSQUID相互の干渉を確実に排除できる。
おびインプット・コイルを包囲する超伝導シールドが基
板上に一体的に設けられてある場合には、特別にニオブ
管を用いた超伝導シールドにSQUIDを収容する必要がな
く、クール・ダウンに必要な冷凍能力を小さくできる。
そして、基板上に複数個のSQUIDを形成した場合におけ
るSQUID相互の干渉を確実に排除できる。
＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明す
る。
る。
第１図はこの発明のSQUIDの一実施例を示す概略斜視
図であり、基板（１）上に、基板（１）と直角な面内に
位置するSQUIDループ（２）が形成されているととも
に、SQUIDループ（２）と平行にモジュレーション・コ
イル（３）が形成さっれており、さらに、SQUIDループ
（２）およびモジュレーション・コイル（３）と実質的
に平行な複数個のループを直列接続してなるインプット
・コイル（４）が形成されている。そして、これらSQUI
Dループ（２）、モジュレーション・コイル（３）およ
びインプット・コイル（４）同志の間隔は、モジュレー
ション・コイル（３）、インプット・コイル（４）によ
りそれぞれ発生される磁束を効率よくSQUIDループ
（２）に導き得る値に設定されている。また、SQUIDル
ープ（２）に対する配線（2a）は、SQUIDループ（２）
により形成される平面と直角、かつ基板（１）と平行な
方向に引き出され、モジュレーション・コイル（３）、
インプット・コイル（４）に対する配線（3a）（4a）
は、各コイルの軸線と直角、かつ基板（１）と平行な方
向に引き出され、配線を流れる電流により発生される磁
場がSQUIDに影響を及ぼさないようにしている。
図であり、基板（１）上に、基板（１）と直角な面内に
位置するSQUIDループ（２）が形成されているととも
に、SQUIDループ（２）と平行にモジュレーション・コ
イル（３）が形成さっれており、さらに、SQUIDループ
（２）およびモジュレーション・コイル（３）と実質的
に平行な複数個のループを直列接続してなるインプット
・コイル（４）が形成されている。そして、これらSQUI
Dループ（２）、モジュレーション・コイル（３）およ
びインプット・コイル（４）同志の間隔は、モジュレー
ション・コイル（３）、インプット・コイル（４）によ
りそれぞれ発生される磁束を効率よくSQUIDループ
（２）に導き得る値に設定されている。また、SQUIDル
ープ（２）に対する配線（2a）は、SQUIDループ（２）
により形成される平面と直角、かつ基板（１）と平行な
方向に引き出され、モジュレーション・コイル（３）、
インプット・コイル（４）に対する配線（3a）（4a）
は、各コイルの軸線と直角、かつ基板（１）と平行な方
向に引き出され、配線を流れる電流により発生される磁
場がSQUIDに影響を及ぼさないようにしている。
第２図は第１図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図であり、SQUIDループを製造する部分のみに示してい
る。
図であり、SQUIDループを製造する部分のみに示してい
る。
先ず、同図（Ａ）に示すように、Si基板（１）上に電
子ビーム蒸着等により20〜30nmの膜厚のMgO膜（11）を
エッチング・ストッパとして形成し、その上に、スパッ
タリング等により0.2〜0.3μｍの膜厚のNb膜（12）、30
Åの膜厚のAl膜（13）および0.3μｍの膜厚のNb膜（1
4）をこの順に形成する。そして、上側のNb膜（14）の
端部所定位置にフォト・レジスト膜（15）を形成した状
態で、先ず200mTorrのCF4ガスを用いて、電力100Wのマ
イクロ波のよりプラズマを発生させ反応性イオン・エッ
チング（以下、RIEと略称する）を行なってNb膜（14）
の中央部を除去し（同図（Ｂ）参照）、電子ビーム蒸着
等により上記除去部分に0.5μｍの膜厚のSiO膜（16）を
形成した後、フォト・レジスト膜（15）を除去する（同
図（Ｃ）参照）。その後、残ったNb膜（14）および除去
部分に形成されたSiO膜（16）を覆うように１μｍの膜
厚のPb/In膜（17）を形成し、最後にPb/In膜（17）を覆
うように１μｍの膜厚のSiO膜（18）を形成する（同図
（Ｄ）参照）。
子ビーム蒸着等により20〜30nmの膜厚のMgO膜（11）を
エッチング・ストッパとして形成し、その上に、スパッ
タリング等により0.2〜0.3μｍの膜厚のNb膜（12）、30
Åの膜厚のAl膜（13）および0.3μｍの膜厚のNb膜（1
4）をこの順に形成する。そして、上側のNb膜（14）の
端部所定位置にフォト・レジスト膜（15）を形成した状
態で、先ず200mTorrのCF4ガスを用いて、電力100Wのマ
イクロ波のよりプラズマを発生させ反応性イオン・エッ
チング（以下、RIEと略称する）を行なってNb膜（14）
の中央部を除去し（同図（Ｂ）参照）、電子ビーム蒸着
等により上記除去部分に0.5μｍの膜厚のSiO膜（16）を
形成した後、フォト・レジスト膜（15）を除去する（同
図（Ｃ）参照）。その後、残ったNb膜（14）および除去
部分に形成されたSiO膜（16）を覆うように１μｍの膜
厚のPb/In膜（17）を形成し、最後にPb/In膜（17）を覆
うように１μｍの膜厚のSiO膜（18）を形成する（同図
（Ｄ）参照）。
以上の工程によりSi基板（１）上に、Nb膜（12）、Al
膜（13）、Nb膜（14）およびPb/In膜（17）からなるSQU
IDループ（２）を形成できる。尚、SQUIDループ（２）
に対する配線（2a）は、例えば、Nb膜（12）およびPb/I
n膜（17）をSQUIDループ（２）と直角、かつ基板（１）
と平行に、モジュレーション・コイル（３）と反対側に
延長形成することにより簡単に一体形成できる（第３図
参照）。
膜（13）、Nb膜（14）およびPb/In膜（17）からなるSQU
IDループ（２）を形成できる。尚、SQUIDループ（２）
に対する配線（2a）は、例えば、Nb膜（12）およびPb/I
n膜（17）をSQUIDループ（２）と直角、かつ基板（１）
と平行に、モジュレーション・コイル（３）と反対側に
延長形成することにより簡単に一体形成できる（第３図
参照）。
尚、モジュレーション・コイル（３）およびインプッ
ト・コイル（４）については、Nb膜（12）（14）でAl膜
（13）を挟み込んだ構成のＪが不要であるから、例えば
全体をPb/In膜により形成すればよい。
ト・コイル（４）については、Nb膜（12）（14）でAl膜
（13）を挟み込んだ構成のＪが不要であるから、例えば
全体をPb/In膜により形成すればよい。
上記構成のSQUIDであれば、SQUIDループ（２）とイン
プット・コイル（４）とを積層していないのであるから
平坦化処理が不要となり、歩留りを向上できる。また、
配線（3a）（4a）がそれぞれモジュレーション・コイル
（３）、インプット・コイル（４）と直角に形成されて
いるのであるから、これら配線（3a）（4a）を流れる電
流により生じる磁場がSQUIDに悪影響を及ぼすという不
都合を解消できる。
プット・コイル（４）とを積層していないのであるから
平坦化処理が不要となり、歩留りを向上できる。また、
配線（3a）（4a）がそれぞれモジュレーション・コイル
（３）、インプット・コイル（４）と直角に形成されて
いるのであるから、これら配線（3a）（4a）を流れる電
流により生じる磁場がSQUIDに悪影響を及ぼすという不
都合を解消できる。
＜実施例２＞ 第４図はこの発明SQUIDの他の実施例を示す概略斜視
図であり、第１図に示すSQUIDと異なる点は、インプッ
ト・コイル（４）の所定位置にタップ（4b）が形成され
ている点のみである。
図であり、第１図に示すSQUIDと異なる点は、インプッ
ト・コイル（４）の所定位置にタップ（4b）が形成され
ている点のみである。
この実施例におけるインプット・コイル（４）は第１
図の実施例と同様に軸心がSi基板（１）と平行になるよ
うに形成されているのであるから、基板上に渦巻き状に
インプット・コイルが形成されている従来例と異なり、
所望位置に簡単にタップ（4b）を形成することができ
る。尚、第４図には１つのタップ（4b）しか示していな
いが、必要に応じて複数個のタップ（4b）を形成してお
くことが可能である。
図の実施例と同様に軸心がSi基板（１）と平行になるよ
うに形成されているのであるから、基板上に渦巻き状に
インプット・コイルが形成されている従来例と異なり、
所望位置に簡単にタップ（4b）を形成することができ
る。尚、第４図には１つのタップ（4b）しか示していな
いが、必要に応じて複数個のタップ（4b）を形成してお
くことが可能である。
したがって、外部環境等を考慮して設計されるピック
アップ・コイルのインダクタンスとマッチングするイン
ダクタンスとなるようにタップ（4b）を選択してピック
アップ・コイルとインプット・コオイルとの間に伝送効
率を最大にできる。この結果、インプット・コイル
（４）のターン数が異なる多数種類のSQUIDを予め製造
しておく必要がなくなり、チップ・サイズを統一するこ
とが可能となる。
アップ・コイルのインダクタンスとマッチングするイン
ダクタンスとなるようにタップ（4b）を選択してピック
アップ・コイルとインプット・コオイルとの間に伝送効
率を最大にできる。この結果、インプット・コイル
（４）のターン数が異なる多数種類のSQUIDを予め製造
しておく必要がなくなり、チップ・サイズを統一するこ
とが可能となる。
＜実施例３＞ 第５図はこの発明SQUIDのさらに他の実施例を示す概
略縦断図であり、第４図に示すSQUIDと異なる点は、SQU
IDループ（２）、モジュレーション・コイル（３）およ
びインプット・コイル（４）を包囲する超伝導シールド
（５）を一体的に形成した点のみである。
略縦断図であり、第４図に示すSQUIDと異なる点は、SQU
IDループ（２）、モジュレーション・コイル（３）およ
びインプット・コイル（４）を包囲する超伝導シールド
（５）を一体的に形成した点のみである。
第６図は第５図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図であり、SQUIDループを製造する部分のみを示してい
る。
図であり、SQUIDループを製造する部分のみを示してい
る。
先ず、Si基板（１）上に20〜30nmの膜厚のMgO膜（1
9）を形成した後、0.2〜0.3μｍの膜厚のNb膜（20）お
よび0.5μｍの膜厚のSiO膜（21）をこの順に形成する
（第６図（Ａ）参照）。
9）を形成した後、0.2〜0.3μｍの膜厚のNb膜（20）お
よび0.5μｍの膜厚のSiO膜（21）をこの順に形成する
（第６図（Ａ）参照）。
その後、同図（Ｂ）から同図（Ｅ）に示すようにSQUI
Dループ（２）を形成する。尚、同図（Ｂ）から同図
（Ｅ）の工程は第２図（Ａ）から第２図（Ｄ）の工程と
同様であるから説明を省略する。
Dループ（２）を形成する。尚、同図（Ｂ）から同図
（Ｅ）の工程は第２図（Ａ）から第２図（Ｄ）の工程と
同様であるから説明を省略する。
その後は、SiO膜（18）の表面にフォト・レジスト膜
（23）を形成しておいて、20mTorrのCF4ガスを用いて、
電力100Wのマイクロ波によりプラズマを発生させてRIE
を行なってSiO膜（16）（18）を除去し、さらにMgO膜
（11）をりん酸水溶液で化学的に除去し、その後、再度
SiO膜（21）を前述のRIEにより除去することによりNb膜
（20）を露呈させ（同図（Ｆ）参照）、フォト・レジス
ト膜（23）を除去した後に、SiO膜除去部分およびSiO膜
（18）の表面にPb/In膜（24）を形成する（同図（Ｇ）
参照）。
（23）を形成しておいて、20mTorrのCF4ガスを用いて、
電力100Wのマイクロ波によりプラズマを発生させてRIE
を行なってSiO膜（16）（18）を除去し、さらにMgO膜
（11）をりん酸水溶液で化学的に除去し、その後、再度
SiO膜（21）を前述のRIEにより除去することによりNb膜
（20）を露呈させ（同図（Ｆ）参照）、フォト・レジス
ト膜（23）を除去した後に、SiO膜除去部分およびSiO膜
（18）の表面にPb/In膜（24）を形成する（同図（Ｇ）
参照）。
この結果、SQUIDループ（２）は、Nb膜（20）およびP
b/In膜（24）からなる超伝導シールド（５）により包囲
された状態になる。そして、得られた超伝導シールドは
膜厚が著しく薄い関係上、熱容量が小さく、短時間でク
ール・ダウンを達成できるとともに、必要な冷凍能力が
小さくてすむ。
b/In膜（24）からなる超伝導シールド（５）により包囲
された状態になる。そして、得られた超伝導シールドは
膜厚が著しく薄い関係上、熱容量が小さく、短時間でク
ール・ダウンを達成できるとともに、必要な冷凍能力が
小さくてすむ。
さらに、Si基板（１）上に形成されたSQUID毎に超伝
導シールドで包囲されているのであるから、単一の基板
上に複数個のSQUIDを形成することができ、この場合に
おけるSQUID相互間の干渉を確実に防止できる。
導シールドで包囲されているのであるから、単一の基板
上に複数個のSQUIDを形成することができ、この場合に
おけるSQUID相互間の干渉を確実に防止できる。
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば、超伝導材料として酸化物超伝導材料等を用
いることが可能であるほか、ボンディング・オプション
を採用することによるターン数の設定を行なうことが可
能であり、その他、この発明の要旨を変更しない範囲内
において種々の設計変更を施すことが可能である。
く、例えば、超伝導材料として酸化物超伝導材料等を用
いることが可能であるほか、ボンディング・オプション
を採用することによるターン数の設定を行なうことが可
能であり、その他、この発明の要旨を変更しない範囲内
において種々の設計変更を施すことが可能である。
＜発明の効果＞ 第１の発明は、SQUIDループとモジュレーション・コ
イルとインプット・コイルとを積層することなく基板上
に並べているので、平坦化処理を不要にでき、SQUID製
造に当っての歩留りを向上させることができるととも
に、配線を流れる電流により生じる磁場がSQUIDに影響
を及ぼすという不都合を確実に解消できるという特有の
効果を奏する。
イルとインプット・コイルとを積層することなく基板上
に並べているので、平坦化処理を不要にでき、SQUID製
造に当っての歩留りを向上させることができるととも
に、配線を流れる電流により生じる磁場がSQUIDに影響
を及ぼすという不都合を確実に解消できるという特有の
効果を奏する。
第２の発明は、第１の発明の効果に加え、インプット
・コイルのターン数を簡単に変更することができ、SQUI
Dの汎用性を高めることができるとともに、チップ・サ
イズ、パッケージを統一することができるという特有の
効果を奏する。
・コイルのターン数を簡単に変更することができ、SQUI
Dの汎用性を高めることができるとともに、チップ・サ
イズ、パッケージを統一することができるという特有の
効果を奏する。
第３の発明は、SQUIDループとモジュレーション・コ
イルとインプット・コイルとを積層することなく基板上
に並べているので、平坦化処理を不要にでき、SQUID製
造に当っての歩留りを向上させることができるととも
に、インプット・コイルのターン数を簡単に変更するこ
とができ、SQUIDの汎用性を高めることができるととも
に、チップ・サイズ、パッケージを統一できるという特
有の効果を奏する。
イルとインプット・コイルとを積層することなく基板上
に並べているので、平坦化処理を不要にでき、SQUID製
造に当っての歩留りを向上させることができるととも
に、インプット・コイルのターン数を簡単に変更するこ
とができ、SQUIDの汎用性を高めることができるととも
に、チップ・サイズ、パッケージを統一できるという特
有の効果を奏する。
第４の発明は、第１の発明からは第３の発明の何れか
の効果に加え、超伝導シールドの熱容量を著しく小さく
でき、クール・ダウンの所要時間を短縮できるとともに
冷凍能力を小さくでき、さらにSQUID相互の干渉を防止
できるので、同一チップ上に複数のSQUIDを製造するこ
とができるという特有の効果を奏する。
の効果に加え、超伝導シールドの熱容量を著しく小さく
でき、クール・ダウンの所要時間を短縮できるとともに
冷凍能力を小さくでき、さらにSQUID相互の干渉を防止
できるので、同一チップ上に複数のSQUIDを製造するこ
とができるという特有の効果を奏する。
第１図はこの発明のSQUIDの一実施例を示す概略斜視
図、 第２図は第１図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図、 第３図はSQUIDループに対する配線を示す平面図、 第４図はこの発明のSQUIDの他の実施例を示す概略斜視
図、 第５図はこの発明のSQUIDのさらに他の実施例を示す概
略縦断面図、 第６図は第５図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図、 第７図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気回路
図、 第８図（Ａ）は従来のSQUIDの構成を示す平面図、 同図（Ｂ）は縦断面図。 （１）……Si基板、（２）……SQUIDループ、（2a）（3
a）（4a）……配線、（３）……モジュレーション・コ
イル、（４）……インプット・コイル、（4b）……タッ
プ、（５）……超伝導シールド
図、 第２図は第１図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図、 第３図はSQUIDループに対する配線を示す平面図、 第４図はこの発明のSQUIDの他の実施例を示す概略斜視
図、 第５図はこの発明のSQUIDのさらに他の実施例を示す概
略縦断面図、 第６図は第５図の構成のSQUIDの製造工程を説明する
図、 第７図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気回路
図、 第８図（Ａ）は従来のSQUIDの構成を示す平面図、 同図（Ｂ）は縦断面図。 （１）……Si基板、（２）……SQUIDループ、（2a）（3
a）（4a）……配線、（３）……モジュレーション・コ
イル、（４）……インプット・コイル、（4b）……タッ
プ、（５）……超伝導シールド
Claims (4)
- 【請求項１】基板（１）上に、軸心が基板（１）と平行
になるようにSQUIDループ（２）、モジュレーション・
コイル（３）およびインプット・コイル（４）を配置し
てあり、SQUIDループ（１）に対する配線（2a）がSQUID
ループ（２）の軸心と平行かつ基板（１）と平行に設け
られてあることを特徴とするスクイド。 - 【請求項２】インプット・コイル（４）の所定位置にタ
ップ（4b）が設けられてある上記特許請求の範囲第１項
に記載のスクイド。 - 【請求項３】基板（１）上に、軸心が基板（１）と平行
になるようにSQUIDループ（２）、モジュレーション・
コイル（３）およびインプット・コイル（４）を配置し
てあり、インプット・コイル（４）の所定位置にタップ
（4b）が設けられてあることを特徴とするスクイド。 - 【請求項４】SQUIDループ（２）、モジュレーション・
コイル（３）およびインプット・コイル（４）を包囲す
る超伝導シールド（５）が基板（１）上に一体的に設け
られてある上記特許請求の範囲第１項から第３項の何れ
かに記載のスクイド。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2262019A JP2621623B2 (ja) | 1990-09-30 | 1990-09-30 | スクイド |
| US07/766,102 US5280241A (en) | 1990-09-30 | 1991-09-27 | Superconducting quantum interference device with the axes of the SQUID loop, input coil, and modulation coil aligned parallel with a plane of the substrate |
| DE69123427T DE69123427T2 (de) | 1990-09-30 | 1991-09-30 | Supraleitende Quanteninterferenzanordnung |
| EP91116703A EP0479209B1 (en) | 1990-09-30 | 1991-09-30 | Superconducting quantum interference device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2262019A JP2621623B2 (ja) | 1990-09-30 | 1990-09-30 | スクイド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214684A JPH04214684A (ja) | 1992-08-05 |
| JP2621623B2 true JP2621623B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17369890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2262019A Expired - Lifetime JP2621623B2 (ja) | 1990-09-30 | 1990-09-30 | スクイド |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5280241A (ja) |
| EP (1) | EP0479209B1 (ja) |
| JP (1) | JP2621623B2 (ja) |
| DE (1) | DE69123427T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05297089A (ja) * | 1992-04-20 | 1993-11-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁気センサ |
| US5786690A (en) * | 1994-08-18 | 1998-07-28 | International Business Machines Corporation | High resolution three-axis scanning squid microscope having planar solenoids |
| US5863868A (en) * | 1996-04-08 | 1999-01-26 | Trw Inc. | Superconductive quantum interference device for digital logic circuits |
| JP3133013B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2001-02-05 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 超伝導量子干渉素子およびそれを用いた非破壊検査装置 |
| US7615385B2 (en) | 2006-09-20 | 2009-11-10 | Hypres, Inc | Double-masking technique for increasing fabrication yield in superconducting electronics |
| CA2667640C (en) * | 2006-12-01 | 2016-10-04 | D-Wave Systems, Inc. | Superconducting shielding for use with an intergrated circuit for quantum computing |
| US8441330B2 (en) | 2010-03-23 | 2013-05-14 | D-Wave Systems Inc. | Systems and methods for magnetic shielding |
| CN104377299B (zh) * | 2014-08-21 | 2017-09-26 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 无磁屏蔽环境下抑制磁场干扰的squid器件的结构 |
| US10755190B2 (en) | 2015-12-21 | 2020-08-25 | D-Wave Systems Inc. | Method of fabricating an electrical filter for use with superconducting-based computing systems |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2701296C2 (de) * | 1977-01-14 | 1978-12-07 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor |
| JPS5623903Y2 (ja) * | 1977-09-26 | 1981-06-04 | ||
| US4403189A (en) * | 1980-08-25 | 1983-09-06 | S.H.E. Corporation | Superconducting quantum interference device having thin film Josephson junctions |
| JPS59226882A (ja) * | 1983-06-09 | 1984-12-20 | Showa Denko Kk | 磁気信号変換素子 |
| EP0185186B1 (de) * | 1984-11-19 | 1989-02-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gradiometers für eine Vorrichtung zur ein- oder mehrkanaligen Messung schwacher Magnetfelder |
| JPS61182282A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁束トラツプ防止型ジョセフソン装置 |
| DE3775656D1 (de) * | 1986-08-13 | 1992-02-13 | Siemens Ag | Squid-magnetometer fuer eine ein- oder mehrkanalige vorrichtung zur messung sehr schwacher magnetfelder. |
| JPH02150786A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-11 | Shimadzu Corp | 薄膜コイル一体型ｓｑｕｉｄ素子 |
| US5142229A (en) * | 1990-12-26 | 1992-08-25 | Biomagnetic Technologies, Inc. | Thin-film three-axis magnetometer and squid detectors for use therein |
-
1990
- 1990-09-30 JP JP2262019A patent/JP2621623B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-27 US US07/766,102 patent/US5280241A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-30 EP EP91116703A patent/EP0479209B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-30 DE DE69123427T patent/DE69123427T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5280241A (en) | 1994-01-18 |
| DE69123427D1 (de) | 1997-01-16 |
| DE69123427T2 (de) | 1997-04-24 |
| JPH04214684A (ja) | 1992-08-05 |
| EP0479209A2 (en) | 1992-04-08 |
| EP0479209A3 (en) | 1993-04-14 |
| EP0479209B1 (en) | 1996-12-04 |
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