JP3379492B2 - Ｓｑｕｉｄ基板 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ基板Info
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人間の心臓や脳か
ら発生する生体磁場の計測装置、金属内部の微小亀裂の
検出を非破壊的に行なう検査装置等に於いて、微弱な磁
場を計測するセンサとして用いられる超伝導量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ： Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）、及びこれを用いた磁場計測装置に関し、特に、
トラップされた磁束を解除できる超伝導量子干渉素子、
及びこれを用いる磁場計測装置に関する。
ら発生する生体磁場の計測装置、金属内部の微小亀裂の
検出を非破壊的に行なう検査装置等に於いて、微弱な磁
場を計測するセンサとして用いられる超伝導量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ： Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）、及びこれを用いた磁場計測装置に関し、特に、
トラップされた磁束を解除できる超伝導量子干渉素子、
及びこれを用いる磁場計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導量子干渉素子（以下、ＳＱＵＩＤ
と表記する）は、高感度な磁束−電圧変換素子であり、
人間の心臓や脳から発生する磁場の計測装置、金属内部
の微小亀裂を非破壊的に行なう検査装置等に於いて、微
弱な磁場を計測するセンサとして用いられる。ＳＱＵＩ
Ｄは、Ｎｂ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2
Ｏ8、Ｔｌ2Ｂａ2ＣａＣｕ2Ｏ8等の超伝導薄膜により基
板に形成されるのが一般的であり、低温容器に入れて冷
媒を注入する等して臨界温度以下に冷却することによ
り、常伝導状態から超伝導状態に転移して動作可能な状
態となる。
と表記する）は、高感度な磁束−電圧変換素子であり、
人間の心臓や脳から発生する磁場の計測装置、金属内部
の微小亀裂を非破壊的に行なう検査装置等に於いて、微
弱な磁場を計測するセンサとして用いられる。ＳＱＵＩ
Ｄは、Ｎｂ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2
Ｏ8、Ｔｌ2Ｂａ2ＣａＣｕ2Ｏ8等の超伝導薄膜により基
板に形成されるのが一般的であり、低温容器に入れて冷
媒を注入する等して臨界温度以下に冷却することによ
り、常伝導状態から超伝導状態に転移して動作可能な状
態となる。
【０００３】冷却の際、ＳＱＵＩＤが磁場に暴露された
り、冷却された状態で強い磁気雑音に暴露されると、磁
束が、超伝導薄膜に鎖交したまま閉じ込められることが
ある（これを「磁束トラップ」と呼ぶ）。磁束トラップ
が発生すると、磁束−電圧変換の感度が低下したり、ト
ラップした磁束が熱的に揺らいで雑音を発生したりし
て、微弱な磁場計測の大きな障害となる。
り、冷却された状態で強い磁気雑音に暴露されると、磁
束が、超伝導薄膜に鎖交したまま閉じ込められることが
ある（これを「磁束トラップ」と呼ぶ）。磁束トラップ
が発生すると、磁束−電圧変換の感度が低下したり、ト
ラップした磁束が熱的に揺らいで雑音を発生したりし
て、微弱な磁場計測の大きな障害となる。
【０００４】磁束トラップはＳＱＵＩＤの温度を上げて
一旦常伝導に転移させ、再度冷却し直すことで解除でき
る。しかし、ＳＱＵＩＤを冷媒から一時的に出すのは作
業効率が悪く、コストがかかるだけでなく危険も伴うた
め、ヒータを用いて冷媒中のＳＱＵＩＤだけを部分的に
加熱する方法が提案されている。ＳＱＵＩＤ基板の近傍
にチップ抵抗を設置する方法もあるが、ヒータを薄膜化
した方がよりＳＱＵＩＤの近くに設置でき、効果的に加
熱できる。
一旦常伝導に転移させ、再度冷却し直すことで解除でき
る。しかし、ＳＱＵＩＤを冷媒から一時的に出すのは作
業効率が悪く、コストがかかるだけでなく危険も伴うた
め、ヒータを用いて冷媒中のＳＱＵＩＤだけを部分的に
加熱する方法が提案されている。ＳＱＵＩＤ基板の近傍
にチップ抵抗を設置する方法もあるが、ヒータを薄膜化
した方がよりＳＱＵＩＤの近くに設置でき、効果的に加
熱できる。
【０００５】薄膜化したヒータを使用する従来技術とし
て、特許第２８５６４６３号（従来技術１）、特開平８
−７８７３８号（従来技術２）、電子情報通信学会技術
報告、９１巻、１７６号、４３頁−４８頁（従来技術
３）が知られている。
て、特許第２８５６４６３号（従来技術１）、特開平８
−７８７３８号（従来技術２）、電子情報通信学会技術
報告、９１巻、１７６号、４３頁−４８頁（従来技術
３）が知られている。
【０００６】従来技術１では、ヒータは複数の薄膜抵抗
単位からなっており、複数の抵抗単位に流れる電流によ
って超伝導回路（ＳＱＵＩＤに相当する）に作用する磁
界が零になるように、抵抗単位どうしが近接して並んで
いる。
単位からなっており、複数の抵抗単位に流れる電流によ
って超伝導回路（ＳＱＵＩＤに相当する）に作用する磁
界が零になるように、抵抗単位どうしが近接して並んで
いる。
【０００７】従来技術２では、ＳＱＵＩＤの構成要素で
ある帰還コイル（フィードバックコイル）に直列にジョ
ゼフソン接合を設け、ジョゼフソン接合をヒータとして
用いている。
ある帰還コイル（フィードバックコイル）に直列にジョ
ゼフソン接合を設け、ジョゼフソン接合をヒータとして
用いている。
【０００８】従来技術３では、抵抗体（モリブデン）と
抵抗を持たない配線層である超伝導体（Ｎｂ）が、絶縁
体を挟んで２層膜をなす構成が開示されている。
抵抗を持たない配線層である超伝導体（Ｎｂ）が、絶縁
体を挟んで２層膜をなす構成が開示されている。
【０００９】従来技術２、従来技術３では、ＳＱＵＩＤ
とヒータが同一基板に薄膜で形成されており、ＳＱＵＩ
Ｄとヒータとを各々別基板に形成するよりも更に効率的
に加熱ができる。
とヒータが同一基板に薄膜で形成されており、ＳＱＵＩ
Ｄとヒータとを各々別基板に形成するよりも更に効率的
に加熱ができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ＳＱＵＩＤを加熱する
ヒータをＳＱＵＩＤと同一基板に形成すれば、最も加熱
効率が良い。また、製作の容易さを考慮すると、ＳＱＵ
ＩＤの形成工程で形成できることが望ましい。更に、基
板に形成されたヒータは、室温に設置されたヒータの電
源に電源ラインで接続されるが、ヒータの抵抗が電源ラ
インの抵抗に比べて十分大きくなければ、電源電力が電
源ラインで消耗してしまい、非効率である。多くの場
合、電源ラインはマンガニン等の細いワイヤで形成さ
れ、１０数Ωの抵抗を有する。従って、ヒータの抵抗値
は、例えば、１００Ω程度は必要である。
ヒータをＳＱＵＩＤと同一基板に形成すれば、最も加熱
効率が良い。また、製作の容易さを考慮すると、ＳＱＵ
ＩＤの形成工程で形成できることが望ましい。更に、基
板に形成されたヒータは、室温に設置されたヒータの電
源に電源ラインで接続されるが、ヒータの抵抗が電源ラ
インの抵抗に比べて十分大きくなければ、電源電力が電
源ラインで消耗してしまい、非効率である。多くの場
合、電源ラインはマンガニン等の細いワイヤで形成さ
れ、１０数Ωの抵抗を有する。従って、ヒータの抵抗値
は、例えば、１００Ω程度は必要である。
【００１１】ヒータがＳＱＵＩＤと同一の基板で、ＳＱ
ＵＩＤの近傍に形成された場合、ヒータを電源ラインに
接続するために基板内に薄膜で形成された配線やヒータ
そのものが発生する磁場が問題となり、ヒータや基板内
の配線（以下の説明では、基板内に薄膜で形成される配
線を単に「配線」と呼ぶ。）が磁場を発生すると、これ
らが磁束トラップの原因になるという問題がある。
ＵＩＤの近傍に形成された場合、ヒータを電源ラインに
接続するために基板内に薄膜で形成された配線やヒータ
そのものが発生する磁場が問題となり、ヒータや基板内
の配線（以下の説明では、基板内に薄膜で形成される配
線を単に「配線」と呼ぶ。）が磁場を発生すると、これ
らが磁束トラップの原因になるという問題がある。
【００１２】人間の心臓から発生する磁場の計測を行う
心磁計測装置や、脳から発生する磁場の計測を行う脳磁
計測装置等の生体磁場計測装置では、数十から数百個の
ＳＱＵＩＤが搭載される。これらのＳＱＵＩＤと一体化
して設置されるヒータの全てを、室温にある電源に接続
したのでは電源ライン数が膨大になり、室温から冷媒へ
の熱流入がおびただしくなるという問題がある。また、
ＳＱＵＩＤを駆動する駆動回路の電源と別にヒータの電
源を設けたのではシステム構成が煩雑になるという問題
がある。
心磁計測装置や、脳から発生する磁場の計測を行う脳磁
計測装置等の生体磁場計測装置では、数十から数百個の
ＳＱＵＩＤが搭載される。これらのＳＱＵＩＤと一体化
して設置されるヒータの全てを、室温にある電源に接続
したのでは電源ライン数が膨大になり、室温から冷媒へ
の熱流入がおびただしくなるという問題がある。また、
ＳＱＵＩＤを駆動する駆動回路の電源と別にヒータの電
源を設けたのではシステム構成が煩雑になるという問題
がある。
【００１３】本発明の目的は、ＳＱＵＩＤの形成工程で
ＳＱＵＩＤと同じ基板に形成でき、１００Ω程度の抵抗
値のヒータを有するＳＱＵＩＤ基板を提供すること、ヒ
ータと基板内の配線を適切に組み合わせることにより、
磁場を発生しない構造のヒータモデュールを提供するこ
と、ヒータの電源ライン数が少なく、ＳＱＵＩＤを駆動
する駆動回路の電源とヒータの電源を共用できる磁場計
測装置を提供することにある。
ＳＱＵＩＤと同じ基板に形成でき、１００Ω程度の抵抗
値のヒータを有するＳＱＵＩＤ基板を提供すること、ヒ
ータと基板内の配線を適切に組み合わせることにより、
磁場を発生しない構造のヒータモデュールを提供するこ
と、ヒータの電源ライン数が少なく、ＳＱＵＩＤを駆動
する駆動回路の電源とヒータの電源を共用できる磁場計
測装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の代表的なＳＱＵ
ＩＤ基板では，ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが
基板に形成され，ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超伝導
となる超伝導体でヒータが同じ基板に構成され，ヒータ
に超伝導体の臨界電流値以上の電流を流し，超伝導体を
常伝導に転移させて発熱させることにより，ＳＱＵＩＤ
の磁束トラップを解除する。ヒータを構成する超伝導体
は，ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成さ
れ，配線を構成する常伝導体は，ＳＱＵＩＤを構成する
常伝導体と同じ材質で構成されるので，ＳＱＵＩＤの製
作工程を利用して容易に，絶縁層を介して形成されるヒ
ータと配線からなる２層構造をもつヒータモジュール
を，ＳＱＵＩＤが形成される基板に形成することができ
る。
ＩＤ基板では，ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが
基板に形成され，ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超伝導
となる超伝導体でヒータが同じ基板に構成され，ヒータ
に超伝導体の臨界電流値以上の電流を流し，超伝導体を
常伝導に転移させて発熱させることにより，ＳＱＵＩＤ
の磁束トラップを解除する。ヒータを構成する超伝導体
は，ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成さ
れ，配線を構成する常伝導体は，ＳＱＵＩＤを構成する
常伝導体と同じ材質で構成されるので，ＳＱＵＩＤの製
作工程を利用して容易に，絶縁層を介して形成されるヒ
ータと配線からなる２層構造をもつヒータモジュール
を，ＳＱＵＩＤが形成される基板に形成することができ
る。
【００１５】本発明のＳＱＵＩＤ基板では、ＳＱＵＩＤ
と同一の基板に、ＳＱＵＩＤを形成する超伝導薄膜でヒ
ータを形成する。薄膜の厚さは通常１μｍ以下である。
ヒータを幅５μｍ以下の超伝導薄膜細線で構成し、ヒー
タに電源を接続して臨界電流値以上の電流を流すことに
より、超伝導薄膜細線が常伝導に転移してヒータとして
動作する。ＳＱＵＩＤの超伝導体が、例えば、Ｎｂであ
る場合、Ｎｂが常伝導体に転移した時の抵抗はＳＱＵＩ
Ｄに用いられる他の金属材料、例えば、ＡｌやＡｕに比
べて大きく、抵抗値の大きいヒータが実現できる。ＳＱ
ＵＩＤの製作工程には超伝導薄膜の成膜と加工が例外な
く含まれるから、ヒータの製作をＳＱＵＩＤの製作工程
を用いて実行すれば、工程を増やすことなく高抵抗のヒ
ータが実現できる。
と同一の基板に、ＳＱＵＩＤを形成する超伝導薄膜でヒ
ータを形成する。薄膜の厚さは通常１μｍ以下である。
ヒータを幅５μｍ以下の超伝導薄膜細線で構成し、ヒー
タに電源を接続して臨界電流値以上の電流を流すことに
より、超伝導薄膜細線が常伝導に転移してヒータとして
動作する。ＳＱＵＩＤの超伝導体が、例えば、Ｎｂであ
る場合、Ｎｂが常伝導体に転移した時の抵抗はＳＱＵＩ
Ｄに用いられる他の金属材料、例えば、ＡｌやＡｕに比
べて大きく、抵抗値の大きいヒータが実現できる。ＳＱ
ＵＩＤの製作工程には超伝導薄膜の成膜と加工が例外な
く含まれるから、ヒータの製作をＳＱＵＩＤの製作工程
を用いて実行すれば、工程を増やすことなく高抵抗のヒ
ータが実現できる。
【００１６】従来技術２に、ジョゼフソン接合に臨界電
流値以上の電流を流してヒータとして用いる構成が開示
されている。ジョゼフソン接合のような点（正確には超
伝導体に挟まれた酸化物層等の弱結合部分）をヒータと
して用いるのに比較すると、超伝導薄膜細線自体を抵抗
として用いる本発明の構成の方が容易に大きな抵抗値を
実現できるという利点がある。
流値以上の電流を流してヒータとして用いる構成が開示
されている。ジョゼフソン接合のような点（正確には超
伝導体に挟まれた酸化物層等の弱結合部分）をヒータと
して用いるのに比較すると、超伝導薄膜細線自体を抵抗
として用いる本発明の構成の方が容易に大きな抵抗値を
実現できるという利点がある。
【００１７】超伝導細線からなるヒータと常伝導体の配
線とが絶縁層を介して２層構造をなすヒータモジュール
の、ヒータと常伝導体の配線に互いに逆向きで大きさの
等しい電流が流れるように、ヒータと常伝導体の配線を
電源に接続する。簡単な構成とするために、少なくとも
１箇所で絶縁層にコンタクトホールを設け、ヒータと配
線が電気的に直列な平行往復導線をなすようにすれば、
ヒータと配線を電源に接続した時、ヒータと配線には互
いに逆向きで大きさの等しい電流が流れる。必要な発熱
は超伝導薄膜細線であるヒータ部分から発生するので、
配線は発熱に寄与する必要はない。従って、配線には高
抵抗の材料を用いる必要はなく、ＳＱＵＩＤに用いられ
る適当な金属材料、例えば、ＡｌやＡｕで構成すれば良
い。むしろヒータの発熱で溶融しないように、ヒータの
線幅に比べて配線の線幅を広くとる方が良い。
線とが絶縁層を介して２層構造をなすヒータモジュール
の、ヒータと常伝導体の配線に互いに逆向きで大きさの
等しい電流が流れるように、ヒータと常伝導体の配線を
電源に接続する。簡単な構成とするために、少なくとも
１箇所で絶縁層にコンタクトホールを設け、ヒータと配
線が電気的に直列な平行往復導線をなすようにすれば、
ヒータと配線を電源に接続した時、ヒータと配線には互
いに逆向きで大きさの等しい電流が流れる。必要な発熱
は超伝導薄膜細線であるヒータ部分から発生するので、
配線は発熱に寄与する必要はない。従って、配線には高
抵抗の材料を用いる必要はなく、ＳＱＵＩＤに用いられ
る適当な金属材料、例えば、ＡｌやＡｕで構成すれば良
い。むしろヒータの発熱で溶融しないように、ヒータの
線幅に比べて配線の線幅を広くとる方が良い。
【００１８】本発明の構成の特徴は、超伝導薄膜を配線
としてではなくヒータとして用いている点で従来技術３
と異なり、２層構造の一方が発熱に寄与しない配線であ
る点で従来技術１と異なる。本発明の構成の特徴によれ
ば、常伝導体の配線は金属でありさえすればよく、Ｍｏ
等の高抵抗材料に限定される必要がなくなる。ＳＱＵＩ
Ｄの形成工程には、常伝導金属の成膜、加工の工程が例
外なく含まれるから、ＳＱＵＩＤの形成工程で、磁場を
発生しないヒータモデュールが形成できる。
としてではなくヒータとして用いている点で従来技術３
と異なり、２層構造の一方が発熱に寄与しない配線であ
る点で従来技術１と異なる。本発明の構成の特徴によれ
ば、常伝導体の配線は金属でありさえすればよく、Ｍｏ
等の高抵抗材料に限定される必要がなくなる。ＳＱＵＩ
Ｄの形成工程には、常伝導金属の成膜、加工の工程が例
外なく含まれるから、ＳＱＵＩＤの形成工程で、磁場を
発生しないヒータモデュールが形成できる。
【００１９】なお、ヒータと配線が２層構造をなしてい
れば、ヒータ部分、及び配線部分の個々の構造は任意で
あって、磁場の発生の少ない構造にする必要はない。円
形や直線状であっても良いが、ヒータモデュールが必要
以上の面積を占めないよう適当な折り返しをつける等す
れば実用的である。
れば、ヒータ部分、及び配線部分の個々の構造は任意で
あって、磁場の発生の少ない構造にする必要はない。円
形や直線状であっても良いが、ヒータモデュールが必要
以上の面積を占めないよう適当な折り返しをつける等す
れば実用的である。
【００２０】本発明の代表的な磁場計測装置は、基板に
ＳＱＵＩＤが形成され、同一の基板に、電流を流した時
にＳＱＵＩＤを常伝導に転移させるヒータが形成される
ＳＱＵＩＤ基板の複数個を使用し、複数のＳＱＵＩＤ基
板のヒータのうちの２個以上が電気的に直列又は並列に
接続され、直列又は並列に接続された２個以上のヒータ
が１組の配線を介して電源に接続され、ＳＱＵＩＤは同
じ電源により駆動され、ヒータを構成する超伝導体は、
ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成され、
配線を構成する常伝導体は、ＳＱＵＩＤを構成する常伝
導体と同じ材質で構成されている。ヒータを構成する超
伝導体と配線は電源に接続した時に電気的に直列になる
よう少なくとも１箇所で電気的に接触しており、ヒータ
を構成する超伝導体と配線に互いに逆向きで大きさが等
しく、超伝導体の臨界電流値以上の電流が流され、ＳＱ
ＵＩＤの磁束トラップを解除することができる。
ＳＱＵＩＤが形成され、同一の基板に、電流を流した時
にＳＱＵＩＤを常伝導に転移させるヒータが形成される
ＳＱＵＩＤ基板の複数個を使用し、複数のＳＱＵＩＤ基
板のヒータのうちの２個以上が電気的に直列又は並列に
接続され、直列又は並列に接続された２個以上のヒータ
が１組の配線を介して電源に接続され、ＳＱＵＩＤは同
じ電源により駆動され、ヒータを構成する超伝導体は、
ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成され、
配線を構成する常伝導体は、ＳＱＵＩＤを構成する常伝
導体と同じ材質で構成されている。ヒータを構成する超
伝導体と配線は電源に接続した時に電気的に直列になる
よう少なくとも１箇所で電気的に接触しており、ヒータ
を構成する超伝導体と配線に互いに逆向きで大きさが等
しく、超伝導体の臨界電流値以上の電流が流され、ＳＱ
ＵＩＤの磁束トラップを解除することができる。
【００２１】複数のＳＱＵＩＤ基板のヒータを互いに電
気的に直列、又は並列に接続して電源に接続するので、
同時に複数のＳＱＵＩＤを加熱できる。必要に応じて、
全ＳＱＵＩＤを複数のグループに分け、各グループ内の
ＳＱＵＩＤのヒータを直列、又は並列に接続して同時に
通電するようにすれば良い。この時、ヒータの電源や電
源ラインはグループの数だけあればよく、大幅に、ヒー
タの電源や電源ラインの数を減少できる。
気的に直列、又は並列に接続して電源に接続するので、
同時に複数のＳＱＵＩＤを加熱できる。必要に応じて、
全ＳＱＵＩＤを複数のグループに分け、各グループ内の
ＳＱＵＩＤのヒータを直列、又は並列に接続して同時に
通電するようにすれば良い。この時、ヒータの電源や電
源ラインはグループの数だけあればよく、大幅に、ヒー
タの電源や電源ラインの数を減少できる。
【００２２】更に、各ヒータの抵抗値は超伝導薄膜細線
の線幅や長さで決まるから、各ヒータの抵抗値は適切に
設定でき、ヒータの電源電圧を、ＳＱＵＩＤを駆動する
駆動回路の電源と共用しても、各ヒータに十分な電力を
供給できる。具体的な電源電圧値や抵抗値等の詳細につ
いては後述する。複数のＳＱＵＩＤ基板のヒータを１つ
の電源で加熱し、更に、ヒータの電源を、ＳＱＵＩＤを
駆動する駆動回路の電源と共用することにより、構成が
簡単で、冷媒への熱流入の少ない磁場計測装置が実現で
きる。
の線幅や長さで決まるから、各ヒータの抵抗値は適切に
設定でき、ヒータの電源電圧を、ＳＱＵＩＤを駆動する
駆動回路の電源と共用しても、各ヒータに十分な電力を
供給できる。具体的な電源電圧値や抵抗値等の詳細につ
いては後述する。複数のＳＱＵＩＤ基板のヒータを１つ
の電源で加熱し、更に、ヒータの電源を、ＳＱＵＩＤを
駆動する駆動回路の電源と共用することにより、構成が
簡単で、冷媒への熱流入の少ない磁場計測装置が実現で
きる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図を参照して説
明する。なお、図が煩雑になるのを防ぐため、図で説明
すべき部分以外は適宜省略して図示する。
明する。なお、図が煩雑になるのを防ぐため、図で説明
すべき部分以外は適宜省略して図示する。
【００２４】（ヒータ、及び配線の構成）図１は、本発
明の実施例のヒータモデュールの例を説明する図であ
り、基板に薄膜で形成されるヒータモデュールとその周
辺部を示す上面図、図２はヒータモデュールの断面図で
あり、図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ'（パッド部
分）に於ける断面図、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−
Ｂ'（接続部分）に於ける断面図、図２（ｃ）は、図１
に示すＣ−Ｃ'（ヒータモデュール部分）に於ける断面
図である。
明の実施例のヒータモデュールの例を説明する図であ
り、基板に薄膜で形成されるヒータモデュールとその周
辺部を示す上面図、図２はヒータモデュールの断面図で
あり、図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ'（パッド部
分）に於ける断面図、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−
Ｂ'（接続部分）に於ける断面図、図２（ｃ）は、図１
に示すＣ−Ｃ'（ヒータモデュール部分）に於ける断面
図である。
【００２５】図２に示すように、絶縁層１３を挾んで、
下層に抵抗層１２が、上層にＮｂ層（超伝導層）１１が
形成される。但し、図１に示すコンタクトホール３の部
分で抵抗層１２と超伝導層１１とは電気的に接触してい
る。図１に示すように、ヒータモデュール５は、線幅が
共に細く形成された超伝導層と抵抗層とが屈曲部を有す
る。超伝導層１１はヒータ１、抵抗層１２は配線２をな
す。パッド４、４'に、電源を接続すれば、ヒータ１と
配線２はコンタクトホール３で接続される直列回路を構
成し、平行往復導線をなす。従って、ヒータ１と配線２
には大きさが等しく方向が逆向きの電流が流れ、ヒータ
モデュール５が全体として発生する磁場は無視できるほ
ど小さい。
下層に抵抗層１２が、上層にＮｂ層（超伝導層）１１が
形成される。但し、図１に示すコンタクトホール３の部
分で抵抗層１２と超伝導層１１とは電気的に接触してい
る。図１に示すように、ヒータモデュール５は、線幅が
共に細く形成された超伝導層と抵抗層とが屈曲部を有す
る。超伝導層１１はヒータ１、抵抗層１２は配線２をな
す。パッド４、４'に、電源を接続すれば、ヒータ１と
配線２はコンタクトホール３で接続される直列回路を構
成し、平行往復導線をなす。従って、ヒータ１と配線２
には大きさが等しく方向が逆向きの電流が流れ、ヒータ
モデュール５が全体として発生する磁場は無視できるほ
ど小さい。
【００２６】以下、具体的に数値を挙げて説明するが、
本発明の構成はこの数値に限定されるものではない。ヒ
ータモデュール５に於いて、ヒータ１はＮｂの超伝導薄
膜細線であり、厚さ２５０ｎｍ、幅３μｍ、長さ６００
μｍである。ヒータ１に臨界電流値以上の電流を流した
時、ヒータ部分は約１００Ωの抵抗値を持つ。配線２は
Ａｌの薄膜であり、厚さ１００ｎｍ、幅８μｍ、長さ６
００μｍである。配線部分の抵抗値は１０Ω以下であっ
て、ヒータ部分の抵抗値に比べて一桁以上小さい。ヒー
タ１と配線２に流れる電流値は等しいから、ヒータと配
線の発熱量もまた一桁以上の差があり、発熱はもっぱら
ヒータが担っている。図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すよ
うに、ヒータモデュール５とパッド４、４'との間の接
続部分は、ヒータモデュール５と同じくＮｂとＡｌの２
層膜であるが、ヒータモデュール５とパッド４、４'と
の間でのＮｂとＡｌの線幅は各々ヒータモデュール部分
の線幅より広ければ任意である。
本発明の構成はこの数値に限定されるものではない。ヒ
ータモデュール５に於いて、ヒータ１はＮｂの超伝導薄
膜細線であり、厚さ２５０ｎｍ、幅３μｍ、長さ６００
μｍである。ヒータ１に臨界電流値以上の電流を流した
時、ヒータ部分は約１００Ωの抵抗値を持つ。配線２は
Ａｌの薄膜であり、厚さ１００ｎｍ、幅８μｍ、長さ６
００μｍである。配線部分の抵抗値は１０Ω以下であっ
て、ヒータ部分の抵抗値に比べて一桁以上小さい。ヒー
タ１と配線２に流れる電流値は等しいから、ヒータと配
線の発熱量もまた一桁以上の差があり、発熱はもっぱら
ヒータが担っている。図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すよ
うに、ヒータモデュール５とパッド４、４'との間の接
続部分は、ヒータモデュール５と同じくＮｂとＡｌの２
層膜であるが、ヒータモデュール５とパッド４、４'と
の間でのＮｂとＡｌの線幅は各々ヒータモデュール部分
の線幅より広ければ任意である。
【００２７】以上の説明では、金属系超伝導材料である
Ｎｂを超伝導薄膜材料として使用しいるが、ＳＱＵＩＤ
を構成する超伝導材料が、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｓ
ｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8、Ｔｌ2Ｂａ2ＣａＣｕ2Ｏ8等の酸化物
系超伝導薄膜である場合は、これらの酸化物系超伝導薄
膜を細線状に加工して、金属系超伝導材料を使用する場
合と同様にしてヒータモデュールが構成できる。
Ｎｂを超伝導薄膜材料として使用しいるが、ＳＱＵＩＤ
を構成する超伝導材料が、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｓ
ｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8、Ｔｌ2Ｂａ2ＣａＣｕ2Ｏ8等の酸化物
系超伝導薄膜である場合は、これらの酸化物系超伝導薄
膜を細線状に加工して、金属系超伝導材料を使用する場
合と同様にしてヒータモデュールが構成できる。
【００２８】即ち、超伝導体は、幅５μｍ以下及び／又
は厚さ１μｍ以下である、ニオブ、ニオブ化合物、イッ
トリウム、ビスマス、タリウムの何れかを含む超伝導体
（金属系超伝導薄膜、又は酸化物系超伝導薄膜）の薄膜
細線で形成される。
は厚さ１μｍ以下である、ニオブ、ニオブ化合物、イッ
トリウム、ビスマス、タリウムの何れかを含む超伝導体
（金属系超伝導薄膜、又は酸化物系超伝導薄膜）の薄膜
細線で形成される。
【００２９】（ＳＱＵＩＤ基板の構成）図３は、本発明
の実施例のＳＱＵＩＤとヒータモデュールを搭載したＳ
ＱＵＩＤ基板の上面図、図４は、ＳＱＵＩＤ基板の断面
の概略を示す図である。図４に示すように、ＳＱＵＩ
Ｄ、及びヒータモデュールが形成された層１６は、絶縁
層１４を介してシリコン基板１５に形成されている。
の実施例のＳＱＵＩＤとヒータモデュールを搭載したＳ
ＱＵＩＤ基板の上面図、図４は、ＳＱＵＩＤ基板の断面
の概略を示す図である。図４に示すように、ＳＱＵＩ
Ｄ、及びヒータモデュールが形成された層１６は、絶縁
層１４を介してシリコン基板１５に形成されている。
【００３０】図３に示すように、ＳＱＵＩＤ部分は公知
の構造を有し、ワッシャリング２１、ジョゼフソン接合
２２、入力コイル２３、帰還コイル２４からなる。図３
には、ＳＱＵＩＤにバイアス電流を供給する電極パッド
６、７、出力電圧を計測するための電極用パッド６'、
７'、入力コイル２３と検出コイルとを接続するパッド
８、８'、帰還コイル２４とＳＱＵＩＤを駆動する駆動
回路を接続するパッド９、９'が示されている。
の構造を有し、ワッシャリング２１、ジョゼフソン接合
２２、入力コイル２３、帰還コイル２４からなる。図３
には、ＳＱＵＩＤにバイアス電流を供給する電極パッド
６、７、出力電圧を計測するための電極用パッド６'、
７'、入力コイル２３と検出コイルとを接続するパッド
８、８'、帰還コイル２４とＳＱＵＩＤを駆動する駆動
回路を接続するパッド９、９'が示されている。
【００３１】図５は、超伝導層、抵抗層の関係を説明す
るための図であり、本発明の実施例のＳＱＵＩＤ基板の
構成を層別に示す斜視図である。実際にはＳＱＵＩＤは
もっと多数の層で形成されるが、図５では適宜省略して
いる。ＳＱＵＩＤのワッシャリング２１、及びジョゼフ
ソン接合２２は超伝導層１０で形成される。超伝導層１
０の上に抵抗層１２があり、ヒータモデュール５の配線
２が形成される。小さいために図５には図示しないが、
シャント抵抗やダンピング抵抗と呼ばれるＳＱＵＩＤ内
の抵抗も抵抗層１２で形成される。抵抗層１２の上に、
別の超伝導層１１があり、ＳＱＵＩＤの入力コイル２３
や帰還コイル２４と共にヒータ１が形成される。各層の
間には図５に図示しない絶縁層があり、必要な部分には
コンタクトホールが開いている。図５の構成から明らか
なように、ヒータモデュール５はＳＱＵＩＤの製造工程
を全く増やすことなく、容易に形成できる。
るための図であり、本発明の実施例のＳＱＵＩＤ基板の
構成を層別に示す斜視図である。実際にはＳＱＵＩＤは
もっと多数の層で形成されるが、図５では適宜省略して
いる。ＳＱＵＩＤのワッシャリング２１、及びジョゼフ
ソン接合２２は超伝導層１０で形成される。超伝導層１
０の上に抵抗層１２があり、ヒータモデュール５の配線
２が形成される。小さいために図５には図示しないが、
シャント抵抗やダンピング抵抗と呼ばれるＳＱＵＩＤ内
の抵抗も抵抗層１２で形成される。抵抗層１２の上に、
別の超伝導層１１があり、ＳＱＵＩＤの入力コイル２３
や帰還コイル２４と共にヒータ１が形成される。各層の
間には図５に図示しない絶縁層があり、必要な部分には
コンタクトホールが開いている。図５の構成から明らか
なように、ヒータモデュール５はＳＱＵＩＤの製造工程
を全く増やすことなく、容易に形成できる。
【００３２】図３に示すように、ヒータモデュール５は
ジョゼフソン接合２２の近傍に配置されるが、この理由
は以下の２点である。第１の理由は、最も磁束トラップ
の影響が大きく出るジョゼフソン接合部を効率よく加熱
するためである。磁束は超伝導薄膜のどこにでもトラッ
プする可能性があるが、実用上最も障害となるのはＳＱ
ＵＩＤの磁束−電圧変換の感度を低下させるジョゼフソ
ン接合へのトラップである。第２の理由は、ワッシャリ
ング部分の再冷却時に温度勾配を生じさせるためであ
る。ＳＱＵＩＤを加熱してトラップを解除する場合、再
冷却時に温度勾配を持つように冷却すると特に有効であ
ることは、従来技術１、従来技術３等で周知である。
ジョゼフソン接合２２の近傍に配置されるが、この理由
は以下の２点である。第１の理由は、最も磁束トラップ
の影響が大きく出るジョゼフソン接合部を効率よく加熱
するためである。磁束は超伝導薄膜のどこにでもトラッ
プする可能性があるが、実用上最も障害となるのはＳＱ
ＵＩＤの磁束−電圧変換の感度を低下させるジョゼフソ
ン接合へのトラップである。第２の理由は、ワッシャリ
ング部分の再冷却時に温度勾配を生じさせるためであ
る。ＳＱＵＩＤを加熱してトラップを解除する場合、再
冷却時に温度勾配を持つように冷却すると特に有効であ
ることは、従来技術１、従来技術３等で周知である。
【００３３】図６は、図３に示す構成のＳＱＵＩＤ基板
で、ヒータモデュールを用いてＳＱＵＩＤを加熱した時
の、加熱電力とＳＱＵＩＤの端子間抵抗との関係を示す
測定値を示す図である。図６に示す結果は、図３に示す
ＳＱＵＩＤの電極パッド６、７を用いて一定のバイアス
電流を流し、出力電圧を計測するための電極用パッド
６'、７'の間の電圧を測定しながら、ヒータモデュール
５に電流を流してＳＱＵＩＤを加熱して得た結果であ
る。ＳＱＵＩＤが加熱されて温度が上昇し、超伝導性を
失うと感度が消失すると共に端子間抵抗が大きくなるか
ら、図６に示す結果より、ＳＱＵＩＤの超伝導性を消失
させるのに必要な電力が求められる。図６から、感度の
消失とＳＱＵＩＤの端子間抵抗の上昇が起こる加熱電力
は２３０ｍＷ以上であり、ヒータモデュール５に最小２
３０ｍＷの加熱電力を与えれば、ＳＱＵＩＤの超伝導性
が消失し、磁束トラップが解除できることがわかる。
で、ヒータモデュールを用いてＳＱＵＩＤを加熱した時
の、加熱電力とＳＱＵＩＤの端子間抵抗との関係を示す
測定値を示す図である。図６に示す結果は、図３に示す
ＳＱＵＩＤの電極パッド６、７を用いて一定のバイアス
電流を流し、出力電圧を計測するための電極用パッド
６'、７'の間の電圧を測定しながら、ヒータモデュール
５に電流を流してＳＱＵＩＤを加熱して得た結果であ
る。ＳＱＵＩＤが加熱されて温度が上昇し、超伝導性を
失うと感度が消失すると共に端子間抵抗が大きくなるか
ら、図６に示す結果より、ＳＱＵＩＤの超伝導性を消失
させるのに必要な電力が求められる。図６から、感度の
消失とＳＱＵＩＤの端子間抵抗の上昇が起こる加熱電力
は２３０ｍＷ以上であり、ヒータモデュール５に最小２
３０ｍＷの加熱電力を与えれば、ＳＱＵＩＤの超伝導性
が消失し、磁束トラップが解除できることがわかる。
【００３４】（ＳＱＵＩＤ基板の実装）図７は、本発明
の実施例のＳＱＵＩＤ磁束計５０の構成例を示す斜視図
である。ヒータモデュール５が形成されたＳＱＵＩＤ基
板２０を検出コイル３１と接続している。検出コイル３
１は、直径１８ｍｍの樹脂製のボビン４０に溝を切り、
溝内にＮｂ−Ｔｉ線を巻いて構成する。図７に示すＳＱ
ＵＩＤ磁束計５０の構成では、環境雑音磁場を除去する
ため、空間の差分磁場を計測するいわゆるグラジオメー
タの構成であって、センシングコイル３１ａと、キャン
セレーションコイル３１ｂが互いに逆向きに巻かれてい
る。ＳＱＵＩＤ基板２０はコネクタ３４を有する実装基
板３３に接着され、ＳＱＵＩＤ基板２０の各パッドがワ
イヤボンディングで実装基板３３の電極に接続される。
の実施例のＳＱＵＩＤ磁束計５０の構成例を示す斜視図
である。ヒータモデュール５が形成されたＳＱＵＩＤ基
板２０を検出コイル３１と接続している。検出コイル３
１は、直径１８ｍｍの樹脂製のボビン４０に溝を切り、
溝内にＮｂ−Ｔｉ線を巻いて構成する。図７に示すＳＱ
ＵＩＤ磁束計５０の構成では、環境雑音磁場を除去する
ため、空間の差分磁場を計測するいわゆるグラジオメー
タの構成であって、センシングコイル３１ａと、キャン
セレーションコイル３１ｂが互いに逆向きに巻かれてい
る。ＳＱＵＩＤ基板２０はコネクタ３４を有する実装基
板３３に接着され、ＳＱＵＩＤ基板２０の各パッドがワ
イヤボンディングで実装基板３３の電極に接続される。
【００３５】入力コイル２３と検出コイル３１とを接続
する、図３に示すパッド８、８'は、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕ
の超伝導ボンディングワイヤを介して検出コイル３１の
超伝導線１７と超伝導接続され、パッド８、８'以外の
パッドは、Ａｌのボンディングワイヤと実装基板３３の
電極を介してコネクタ３４に接続される。ヒータモデュ
ール５がＳＱＵＩＤ基板２０に形成されているため、実
装基板３３にＳＱＵＩＤ基板２０を接着するだけでよ
く、部品点数の少ない簡潔な構成で、ＳＱＵＩＤ磁束計
５０を製作できる。
する、図３に示すパッド８、８'は、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕ
の超伝導ボンディングワイヤを介して検出コイル３１の
超伝導線１７と超伝導接続され、パッド８、８'以外の
パッドは、Ａｌのボンディングワイヤと実装基板３３の
電極を介してコネクタ３４に接続される。ヒータモデュ
ール５がＳＱＵＩＤ基板２０に形成されているため、実
装基板３３にＳＱＵＩＤ基板２０を接着するだけでよ
く、部品点数の少ない簡潔な構成で、ＳＱＵＩＤ磁束計
５０を製作できる。
【００３６】（ＳＱＵＩＤ磁束計の配置とヒータの配
線）図８は、心磁計測装置の低温容器の底部に配置され
る、図７に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０の配列例とヒータ
への配線例とを説明する図である。心磁計測装置では、
ＳＱＵＩＤ磁束計の配置は平面的であって、例えば、８
×８個のマトリクス状に配置され、冷媒の満たされた低
温容器の底部に設置され、ＳＱＵＩＤ磁束計のアレイ
（センサアレイ）を形成する。合計６４個のＳＱＵＩＤ
磁束計は、８個づつのグループに分けられ、各グループ
内のヒータは各々電気的に並列になるように配線されて
いる。図８では、１グループの配線のみを示している。
線）図８は、心磁計測装置の低温容器の底部に配置され
る、図７に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０の配列例とヒータ
への配線例とを説明する図である。心磁計測装置では、
ＳＱＵＩＤ磁束計の配置は平面的であって、例えば、８
×８個のマトリクス状に配置され、冷媒の満たされた低
温容器の底部に設置され、ＳＱＵＩＤ磁束計のアレイ
（センサアレイ）を形成する。合計６４個のＳＱＵＩＤ
磁束計は、８個づつのグループに分けられ、各グループ
内のヒータは各々電気的に並列になるように配線されて
いる。図８では、１グループの配線のみを示している。
【００３７】図８に示すように、８個のヒータは一組の
電源ライン１８を介して室温の電源１００に接続され
る。室温と冷媒間をつなぐ電源ライン１８の材質は熱伝
導の小さい金属である必要があり、図８に示す例では、
マンガニン線を用いている。マンガニン線は電気抵抗が
大きく、長さ１ｍで１５Ω程度である。そのため、各ヒ
ータの抵抗が小さいと、電力の大部分が途中のマンガニ
ン線で消費されてしまい、ヒータの発熱が不十分にな
る。しかし、図１に示す構成のヒータモジュールを用い
れば、各ヒータは１００Ωの抵抗を持つので、電源とし
てＳＱＵＩＤを駆動する駆動回路の電源（１２Ｖ電源）
を用いても、各ヒータに流れる電流は５５ｍＡであり、
各ヒータの発熱量は３００ｍＷになる。図６に示すよう
に、３００ｍＷの加熱電力でＳＱＵＩＤは十分に加熱さ
れ、磁束トラップが解除できる。
電源ライン１８を介して室温の電源１００に接続され
る。室温と冷媒間をつなぐ電源ライン１８の材質は熱伝
導の小さい金属である必要があり、図８に示す例では、
マンガニン線を用いている。マンガニン線は電気抵抗が
大きく、長さ１ｍで１５Ω程度である。そのため、各ヒ
ータの抵抗が小さいと、電力の大部分が途中のマンガニ
ン線で消費されてしまい、ヒータの発熱が不十分にな
る。しかし、図１に示す構成のヒータモジュールを用い
れば、各ヒータは１００Ωの抵抗を持つので、電源とし
てＳＱＵＩＤを駆動する駆動回路の電源（１２Ｖ電源）
を用いても、各ヒータに流れる電流は５５ｍＡであり、
各ヒータの発熱量は３００ｍＷになる。図６に示すよう
に、３００ｍＷの加熱電力でＳＱＵＩＤは十分に加熱さ
れ、磁束トラップが解除できる。
【００３８】また、図示しないが、グループ内のヒータ
が電気的に直列になるように接続しても、同様の効果が
期待できる。この場合は、１グループ内のＳＱＵＩＤ磁
束計の数は１６個とし、各ヒータの抵抗値が各々８０Ω
になるようにしておく。具体的には、図１に示すヒータ
モデュールに於いて、ヒータや配線の薄膜の厚さや線幅
を同じにして、長さだけを４８０μｍにすれば良い。ヒ
ータの電源電圧は商用電源電圧と同じ１００Ｖに設定す
る。この場合は、各ヒータ流れる電流は５５ｍＡであ
り、各ヒータの加熱電力は２４０ｍＷになる。図６で示
すように、２４０ｍＷの発熱でも、磁束トラップが解除
できる。
が電気的に直列になるように接続しても、同様の効果が
期待できる。この場合は、１グループ内のＳＱＵＩＤ磁
束計の数は１６個とし、各ヒータの抵抗値が各々８０Ω
になるようにしておく。具体的には、図１に示すヒータ
モデュールに於いて、ヒータや配線の薄膜の厚さや線幅
を同じにして、長さだけを４８０μｍにすれば良い。ヒ
ータの電源電圧は商用電源電圧と同じ１００Ｖに設定す
る。この場合は、各ヒータ流れる電流は５５ｍＡであ
り、各ヒータの加熱電力は２４０ｍＷになる。図６で示
すように、２４０ｍＷの発熱でも、磁束トラップが解除
できる。
【００３９】以上説明した例では、たとえ、磁束トラッ
プしたＳＱＵＩＤが１個でも、８個又は１６個のＳＱＵ
ＩＤが加熱されることになるが、実用上何ら問題はな
い。また、加熱する場合のスイッチ１９は、制御用コン
ピュータで開閉制御するのが現実的である。
プしたＳＱＵＩＤが１個でも、８個又は１６個のＳＱＵ
ＩＤが加熱されることになるが、実用上何ら問題はな
い。また、加熱する場合のスイッチ１９は、制御用コン
ピュータで開閉制御するのが現実的である。
【００４０】（心磁計測装置、脳磁計測装置）図９は、
本発明の実施例のＳＱＵＩＤ磁束計を使用する磁場計測
装置の例として、心磁計測装置の構成例を示す図であ
る。図８に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０のアレイ（センサ
アレイ）が、液体ヘリウムが満たされた低温容器２００
の底部に設置されている。低温容器２００は磁気シール
ドルーム１６０の中に設置され、磁気シールドルーム１
６０の内部はカメラ１５０でモニターされている。磁気
シールドルーム１６０の外には、ＳＱＵＩＤを駆動する
駆動回路１１０、制御及びデータ収集用コンピュータ
（信号収集手段）１３０、解析用コンピュータ１４０が
設置されている。また、心電計１２０も設置され、心臓
磁場の計測データと共に心電データが制御及びデータ収
集用コンピュータ１３０に収集される。ヒータモジュー
ルに電力を供給する電源１００は、ＳＱＵＩＤを駆動す
る駆動回路の電源と共有され１２Ｖである。電源１００
から、８組１６本の電源ライン１８がセンサアレイに伸
び、各電源ラインは、センサアレイの近傍で分流して並
列接続されている８個のヒータモジュールに電力を供給
する。ヒータモジュールへの電力の供給は、制御及びデ
ータ収集用コンピュータ１３０が各センサグループ毎に
制御する。
本発明の実施例のＳＱＵＩＤ磁束計を使用する磁場計測
装置の例として、心磁計測装置の構成例を示す図であ
る。図８に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０のアレイ（センサ
アレイ）が、液体ヘリウムが満たされた低温容器２００
の底部に設置されている。低温容器２００は磁気シール
ドルーム１６０の中に設置され、磁気シールドルーム１
６０の内部はカメラ１５０でモニターされている。磁気
シールドルーム１６０の外には、ＳＱＵＩＤを駆動する
駆動回路１１０、制御及びデータ収集用コンピュータ
（信号収集手段）１３０、解析用コンピュータ１４０が
設置されている。また、心電計１２０も設置され、心臓
磁場の計測データと共に心電データが制御及びデータ収
集用コンピュータ１３０に収集される。ヒータモジュー
ルに電力を供給する電源１００は、ＳＱＵＩＤを駆動す
る駆動回路の電源と共有され１２Ｖである。電源１００
から、８組１６本の電源ライン１８がセンサアレイに伸
び、各電源ラインは、センサアレイの近傍で分流して並
列接続されている８個のヒータモジュールに電力を供給
する。ヒータモジュールへの電力の供給は、制御及びデ
ータ収集用コンピュータ１３０が各センサグループ毎に
制御する。
【００４１】図１０は、本発明の実施例のＳＱＵＩＤ磁
束計を使用する磁場計測装置の例として、脳磁計測装置
の構成例を示す図である。
束計を使用する磁場計測装置の例として、脳磁計測装置
の構成例を示す図である。
【００４２】脳磁計測装置では、頭蓋の形に合わせて図
８に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０のアレイ（センサアレ
イ）が球面状に配列される。ＳＱＵＩＤ磁束計５０の数
も多く、１２８個設置されている。また、図９に示す心
電計の代わりに、脳波計１７０が設置される。脳磁場計
測では被験者に刺激を与える必要があるが、ここでは聴
覚刺激のための小型スピーカ１９０と音響装置１８０を
例示している。これ以外の構成は、図９に示す心磁計測
装置と同じであって、ヒータモジュールに電力を供給す
る電源１００から、１６組３２本の電源ライン１８がセ
ンサアレイに伸び、各電源ラインはセンサアレイの近傍
で分流し、並列接続されている８個のヒータモジュール
に電力を供給する。
８に示すＳＱＵＩＤ磁束計５０のアレイ（センサアレ
イ）が球面状に配列される。ＳＱＵＩＤ磁束計５０の数
も多く、１２８個設置されている。また、図９に示す心
電計の代わりに、脳波計１７０が設置される。脳磁場計
測では被験者に刺激を与える必要があるが、ここでは聴
覚刺激のための小型スピーカ１９０と音響装置１８０を
例示している。これ以外の構成は、図９に示す心磁計測
装置と同じであって、ヒータモジュールに電力を供給す
る電源１００から、１６組３２本の電源ライン１８がセ
ンサアレイに伸び、各電源ラインはセンサアレイの近傍
で分流し、並列接続されている８個のヒータモジュール
に電力を供給する。
【００４３】以上説明した、心磁計測装置、脳磁計測装
置では、ヒータモジュールに電力を供給するための電源
を新たに設ける必要がなく、簡潔な構成でＳＱＵＩＤの
磁束トラップを解除することが可能である。また、電源
ラインの数が各ＳＱＵＩＤ磁束計毎に電力を供給する場
合の１／８ですみ、冷媒の熱蒸発量が抑えられる。
置では、ヒータモジュールに電力を供給するための電源
を新たに設ける必要がなく、簡潔な構成でＳＱＵＩＤの
磁束トラップを解除することが可能である。また、電源
ラインの数が各ＳＱＵＩＤ磁束計毎に電力を供給する場
合の１／８ですみ、冷媒の熱蒸発量が抑えられる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、製造工程を増加するこ
となく磁束トラップが解除可能なＳＱＵＩＤ、及びこれ
を用いるＳＱＵＩＤ磁束計が実現でき、このＳＱＵＩＤ
磁束計を使用して、新たな電源を増やすことなく磁束ト
ラップが解除可能な磁場計測装置が実現できる。
となく磁束トラップが解除可能なＳＱＵＩＤ、及びこれ
を用いるＳＱＵＩＤ磁束計が実現でき、このＳＱＵＩＤ
磁束計を使用して、新たな電源を増やすことなく磁束ト
ラップが解除可能な磁場計測装置が実現できる。
【図１】本発明の実施例のヒータモデュールの例とその
周辺部を示す上面図。
周辺部を示す上面図。
【図２】本発明の実施例のヒータモデュールの断面図で
あり、（ａ）は図１に示すＡ−Ａ'に於ける断面図、
ｂ）は図１に示すＢ−Ｂ'に於ける断面図、（ｃ）は図
１に示すＣ−Ｃ'に於ける断面図。
あり、（ａ）は図１に示すＡ−Ａ'に於ける断面図、
ｂ）は図１に示すＢ−Ｂ'に於ける断面図、（ｃ）は図
１に示すＣ−Ｃ'に於ける断面図。
【図３】本発明の実施例のＳＱＵＩＤとヒータモデュー
ルを搭載したＳＱＵＩＤ基板の上面図。
ルを搭載したＳＱＵＩＤ基板の上面図。
【図４】本発明の実施例のＳＱＵＩＤ基板の断面の概略
を示す図。
を示す図。
【図５】本発明の実施例のＳＱＵＩＤ基板の構成を層別
に示す斜視図。
に示す斜視図。
【図６】図３に示す構成のＳＱＵＩＤ基板で、ヒータモ
デュールを用いてＳＱＵＩＤを加熱した時の、加熱電力
とＳＱＵＩＤの端子間抵抗との関係を示す測定値を示す
図。
デュールを用いてＳＱＵＩＤを加熱した時の、加熱電力
とＳＱＵＩＤの端子間抵抗との関係を示す測定値を示す
図。
【図７】本発明の実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の構成例を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図８】図７のＳＱＵＩＤ磁束計を用いる心磁計測装置
の、低温容器の底部に配置されるＳＱＵＩＤ磁束計の配
列例とヒータへの配線例をを説明する図。
の、低温容器の底部に配置されるＳＱＵＩＤ磁束計の配
列例とヒータへの配線例をを説明する図。
【図９】本発明の実施例の心磁計測装置の構成例を示す
図。
図。
【図１０】本発明の実施例の脳磁計測装置の構成例を示
す図。
す図。
１…ヒータ、２…配線、３…コンタクトホール、４、４
…ヒータモデュール用電極パッド、５…ヒータモデュー
ル、６、６…ＳＱＵＩＤ用電極パッド、７、７…ＳＱＵ
ＩＤ用電極パッド、８、８…入力コイル用パッド、９、
９…帰還コイル用パッド、１０…超伝導層、１１…超伝
導層、１２…抵抗層、１３…絶縁層、１４…絶縁層、１
５…シリコン基板、１６…ＳＱＵＩＤ、及びヒータモデ
ュールが形成された層、１７…超伝導ワイヤ、１８…電
源ライン、１９…スイッチ、２０…ＳＱＵＩＤ基板、２
１…ワッシャリング、２２…ジョゼフソン接合、２３…
入力コイル、２４…帰還コイル、３１…検出コイル、３
１ａ…センシングコイル、３１ｂ…キャンセレーション
コイル、３３…実装基板、３４…コネクタ、４０…ボビ
ン、５０…センサ、１００…ヒータ及び駆動回路の電
源、１１０…駆動回路、１２０…心電計、１３０…制御
及びデータ収集用コンピュータ、１４０…解析用コンピ
ュータ、１５０…モニタカメラ、１６０…シールドルー
ム、１７０…脳波計、１８０…音響装置、１９０…スピ
ーカ、２００…低温容器。
…ヒータモデュール用電極パッド、５…ヒータモデュー
ル、６、６…ＳＱＵＩＤ用電極パッド、７、７…ＳＱＵ
ＩＤ用電極パッド、８、８…入力コイル用パッド、９、
９…帰還コイル用パッド、１０…超伝導層、１１…超伝
導層、１２…抵抗層、１３…絶縁層、１４…絶縁層、１
５…シリコン基板、１６…ＳＱＵＩＤ、及びヒータモデ
ュールが形成された層、１７…超伝導ワイヤ、１８…電
源ライン、１９…スイッチ、２０…ＳＱＵＩＤ基板、２
１…ワッシャリング、２２…ジョゼフソン接合、２３…
入力コイル、２４…帰還コイル、３１…検出コイル、３
１ａ…センシングコイル、３１ｂ…キャンセレーション
コイル、３３…実装基板、３４…コネクタ、４０…ボビ
ン、５０…センサ、１００…ヒータ及び駆動回路の電
源、１１０…駆動回路、１２０…心電計、１３０…制御
及びデータ収集用コンピュータ、１４０…解析用コンピ
ュータ、１５０…モニタカメラ、１６０…シールドルー
ム、１７０…脳波計、１８０…音響装置、１９０…スピ
ーカ、２００…低温容器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鵜飼 征一
茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式
会社日立製作所計測器グループ内
(56)参考文献 特開 平８−78738（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−5932（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 39/22 ZAA
Claims (7)
- 【請求項１】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，前記ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超
伝導となる超伝導体で前記基板に構成されるヒータと，
前記超伝導体と絶縁体を介して常伝導体から構成される
配線であり，該配線の幅が前記超伝導体の線幅より広い
前記配線とを有し，前記ヒータと前記配線に互いに逆向
きで大きさの等しい電流を流して，前記ヒータに前記超
伝導体の臨界電流値以上の電流を流し，前記超伝導体を
常伝導に転移させて発熱させることにより，前記ＳＱＵ
ＩＤの磁束トラップを解除することを特徴とするＳＱＵ
ＩＤ基板。 - 【請求項２】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，前記ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超
伝導となる超伝導体で前記基板に構成されるヒータと，
前記超伝導体と絶縁体を介して常伝導体から構成される
配線であり，該配線の幅が前記超伝導体の線幅より広い
前記配線とを有し，前記超伝導体と前記配線は電源に接
続した時に電気的に直列になるよう少なくとも１箇所で
電気的に接触しており，前記ヒータに前記超伝導体の臨
界電流値以上の電流を流し，前記超伝導体を常伝導に転
移させて発熱させることにより，前記ＳＱＵＩＤの磁束
トラップを解除することを特徴とするＳＱＵＩＤ基板。 - 【請求項３】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，前記ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超
伝導となる超伝導体で前記基板に構成されるヒータと，
前記超伝導体と絶縁体を介して常伝導体から構成される
配線とを有し，前記ヒータを構成する前記超伝導体は，
前記ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成さ
れ，前記配線を構成する前記常伝導体は，前記ＳＱＵＩ
Ｄを構成する常伝導体と同じ材質で構成され，前記ヒー
タと前記配線に互いに逆向きで大きさの等しい電流を流
して，前記ヒータに前記超伝導体の臨界電流値以上の電
流を流し，前記超伝導体を常伝導に転移させて発熱させ
ることにより，前記ＳＱＵＩＤの磁束トラップを解除す
ることを特徴とするＳＱＵＩＤ基板。 - 【請求項４】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，前記ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超
伝導となる超伝導体で前記基板に構成されるヒータと，
前記超伝導体と絶縁体を介して常伝導体から構成される
配線とを有し，前記ヒータを構成する前記超伝導体は，
前記ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構成さ
れ，前記配線を構成する前記常伝導体は，前記ＳＱＵＩ
Ｄを構成する常伝導体と同じ材質で構成され，前記超伝
導体と前記配線は電源に接続した時に電気的に直列にな
るよう少なくとも１箇所で電気的に接触しており，前記
ヒータに前記超伝導体の臨界電流値以上の電流を流し，
前記超伝導体を常伝導に転移させて発熱させることによ
り，前記ＳＱＵＩＤの磁束トラップを解除することを特
徴とするＳＱＵＩＤ基板。 - 【請求項５】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，前記ＳＱＵＩＤの動作温度に於いて超
伝導となる超伝導体で前記基板に構成されるヒータと，
前記超伝導体と絶縁体を介して常伝導体から構成される
配線であり，該配線の幅が前記超伝導体の線幅より広い
前記配線とを有し，前記ヒータを構成する前記超伝導体
は，前記ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体と同じ材質で構
成され，前記配線を構成する前記常伝導体は，前記ＳＱ
ＵＩＤを構成する常伝導体と同じ材質で構成され，前記
ヒータに前記超伝導体の臨界電流値以上の電流を流し，
前記超伝導体を常伝導に転移させて発熱させることによ
り，前記ＳＱＵＩＤの磁束トラップを解除することを特
徴とするＳＱＵＩＤ基板。 - 【請求項６】ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，第１の絶縁層を挟んで下層に前記ＳＱ
ＵＩＤを構成する常伝導体により配線が形成され上層に
前記ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体が形成され，前記常
伝導体と前記超伝導体が２層構造をなすヒータモジュー
ルであり，第２の絶縁層を介して前記基板に形成される
前記ヒータモジュールが形成される層とを有し，前記ヒ
ータモジュールに前記超伝導体の臨界電流値以上の電流
を流し，前記超伝導体を常伝導に転移させて発熱させる
ことにより，前記ＳＱＵＩＤの磁束トラップを解除する
ことを特徴とするＳＱＵＩＤ基板。 - 【請求項７】 ジョゼフソン接合を有するＳＱＵＩＤが形
成される基板と，第１の絶縁層を挟んで下層に前記ＳＱ
ＵＩＤを構成する常伝導体により配線が形成され上層に
前記ＳＱＵＩＤを構成する超伝導体が形成され，前記常
伝導体と前記超伝導体が２層構造をなすヒータモジュー
ルであり，第２の絶縁層を介して前記基板に形成される
前記ヒータモジュールが形成される層とを有し，前記配
線の幅が前記超伝導体の線幅より広く形成され，前記ヒ
ータモジュールに前記超伝導体の臨界電流値以上の電流
を流し，前記超伝導体を常伝導に転移させて発熱させる
ことにより，前記ＳＱＵＩＤの磁束トラップを解除する
ことを特徴とするＳＱＵＩＤ基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30348199A JP3379492B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Ｓｑｕｉｄ基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30348199A JP3379492B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Ｓｑｕｉｄ基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247918A Division JP3379520B2 (ja) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | 磁場計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001127352A JP2001127352A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3379492B2 true JP3379492B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=17921481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30348199A Expired - Fee Related JP3379492B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Ｓｑｕｉｄ基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379492B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5138457B2 (ja) * | 2008-05-14 | 2013-02-06 | 住友重機械工業株式会社 | Ｓｑｕｉｄ装置、生体磁気計測装置、脳磁計、心磁計、ｓｑｕｉｄ磁気探傷装置、ｓｑｕｉｄ顕微鏡、及びｓｑｕｉｄ金属探知器。 |
| US8812066B2 (en) * | 2008-10-09 | 2014-08-19 | D-Wave Systems Inc. | Systems, methods and apparatus for measuring magnetic fields |
| JP6748499B2 (ja) * | 2016-07-13 | 2020-09-02 | 株式会社アドバンテスト | 磁場測定装置及び磁場測定方法 |
| WO2018122461A1 (en) | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Superconductive junction, superconducting apparatus, method of manufacturing superconducting junction and control method of superconducting junction |
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30348199A patent/JP3379492B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001127352A (ja) | 2001-05-11 |
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