JPH01200679A - 超電導量子干渉計 - Google Patents

超電導量子干渉計

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JPH01200679A
JPH01200679A JP63023669A JP2366988A JPH01200679A JP H01200679 A JPH01200679 A JP H01200679A JP 63023669 A JP63023669 A JP 63023669A JP 2366988 A JP2366988 A JP 2366988A JP H01200679 A JPH01200679 A JP H01200679A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0354SQUIDS
    • G01R33/0358SQUIDS coupling the flux to the SQUID

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は磁束計に係り、特に微小磁束の検出に好適な超
電導量子干渉計に関する。
[従来の技術] 従来、高温超電導体薄膜による超電導量子干渉計(SQ
UID)についてはアプライド フィジックス レター
、第51巻、(1987年)、第200頁から第202
頁(Appl、 Phys、 Lett、。
51、(1987)pp200〜202)において論じ
られている。この5QUIDは超電導薄膜の中央に開口
部を設け、その両側に切れ込みを入れ、開口部の両側に
くびれ部分を設けてジョセフソン接合としている。
[発明が解決しようとする問題点コ 上部従来技術は開口部の両側に切れ込みを作ってジョセ
フソン接合を形成しているため素子のインダクタンスが
大きくなり、5QUIDの最適動作領域(I・In〜Φ
01 L :インダクタンス。
工n:超電導臨界電流、Φ。:磁束量子)を越えてしま
うという点について配慮がされておらず、出力電圧が小
さくなったり、動作温度範囲が狭くなったりするという
問題があった。
本発明の目的は、高温超電導体による5QUIDのイン
ダクタンスを最適値にできるような構造を実現すること
にある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的は5QUIDインダクタンスとして、ワッシャ
形のインダクタンスを用い、さらに複数のワッシャ形イ
ンダクタンスを並列接続してインダクタンスを低減する
ことにより達成される。
[作用] ワッシャ形コイルでは、磁束が鎖交する開口部分とジョ
セフソン接合を雅すことができるため、ジョセフソン接
合の切れ込みによるインダクタンスを5QUIDインダ
クタンスを小さくすることができる。さらに5QUDI
インダクタンスを並列接続することによってもインダク
タンスを低減できるため、5QUIDの最適動作領域に
インダクタンスの値を設定できるため、出力電圧を大き
くでき、誤動作することがない。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第1図(、)は本発明の実施例の模式図である。
高温超電導体膜1を加工して磁束の鎖交する開口部3と
スリット4を設けて5QUIDインダクタンスとする。
さらにスリット4の端部の両側に切れ込み11を設けて
ジョセフソン接合2を形成する。この場合のジョセフソ
ン接合2はマイクロブリッジ形の素子となる。この上に
層間絶縁膜5を形成する。さらに、この上に高温超電導
体膜による変調コイル6と入力コイル7を形成する。入
力コイル7の一端は層間絶縁膜5中のコンタクトホール
8を介して下の接続電極9により取り出される。第1図
(b)は5QUIDを磁束として動作させる場合の回路
例である。5QUIDIOに定電流電源12.センサコ
イル151位相検波増幅器13を接続する。第1図(c
)は5QUID10を定電流バイアスして磁束を加えた
際に発生する周期電圧を示している。この電圧の周期が
磁束量子Φ。(2,07X 1 o−15wb)に相当
する微小量であるため、5QtJIDによる高感度磁気
計測が可能となる。第1図(b)の回路では、磁束の変
化に対する電圧の変化を位相検波増幅器13で検出して
帰還回路14より5QtJID10の変調コイル6に帰
還している。これにより、5QUIDIOの動作点を固
定して、そこからの変化を帰還信号の変化として電気的
に読み出すことができる。この回路により磁束量子Φ。
の十分の1から1万分の1の磁束量まで検出できる。S
QUIDIO及びセンサコイルは低温部16に置かれる
が、高温超電導体(例えばTc=90にのYBa2Cu
307−X)を使用しているので、この磁束計は液体窒
素温度77に付近で使用できるという効果がある。さら
に1本実施例では、高温超電導体膜を2層、積層して素
子を構成するため、最も簡単に5QUIDを実現できる
という効果がある。
第2図は、高温超電導体膜を三層用いて5QUIDを構
成した実施例の模式図である。高温超電導体膜1を加工
して開口部3とスリット4を作り5QUIDインダクタ
ンスとし、さらにジョセフソン接合2を設けている。こ
の上に層間絶縁膜5を設け、上に接続電極17.N間絶
縁膜16を積層して、最後に変調コイル6と入力コイル
7を形成して5QUIDとする。このような構造におい
た入力コイル7から微小信号を加え、さらに変調コイル
6に帰還信号を加えて、微小磁束を検出する。本実施例
においては、入力コイル7がすべてSQU’IDインダ
クタンスの上に積層されているため入力コイル7から5
QUIDインダクタンスへの結合係数が大きくできると
いう効果がある。
第3図、第4図は、高温超電導体膜を二層用いて5QU
IDを構成した実施例の模式図と平面図である。入力コ
イル7と変調コイル6の一部を取り除いて下層の構造を
示している。高温超電導体膜1を加工して開口部3とス
リット4を2組形成する。中央部にジョセフソン接合2
を2個設け、層間絶縁1115で絶縁した後、コンタク
トホール8を通して接続電極18を接続する。このよう
にすると、第1図、第2図で用いている5QUIDイン
ダクタンスが並列接続された形になり、インダクタンス
が半減する。このため、ジョセフソン接合2の電流を大
きくしても5QUIDの最適動作領域(L・In〜Φ。
)に設定でき、大きな出力電圧が得られるという効果が
ある。また、高温動作時にInが大きくできれば、熱雑
音による誤動作を防止できるという効果がある。また、
入力コイル6の結合部が2倍になるため、入力信号を5
QUIDに加える結合度を大きくできるという効果があ
る。
第5図は、高温超電導体膜を2層用いて5QUIDを構
成した実施例の平面図である。高温超電導体膜1を加工
して開口部3とスリット4を2組作り、中央部にジョセ
フソン部分を2個作り、層間絶縁膜5で絶縁した後、コ
ンタクトホール8を通して接続電極18を接続する。こ
の実施例においては第4図の実施例と同様に5QUID
インダクタンスを並列接続してインダクタンスを減らし
ている。このため、5QUIDの最適動作領域(L・I
n〜Φ0)に定数を設定し易く、また、ジョセフソン接
合2の超電導電流Imを大きくでき、熱雑音による誤動
作を防止できるという効果がある。本実施例では接続電
極18の周辺の電極を小さくして寄生容量が小さいとい
う効果がある。また、第3図、第5図の実施例で、5Q
UIDインダクタンスを2個並列にしているが、これは
2個以上を並列接続しても同様の効果がある。また、第
2図のように三層の超電導体膜を用いても同様の効果が
ある。
第6図は高温超電導体膜を二層用いて5QUIDを構成
した実施例の平面図である。高温超電導体膜1を加工し
て開口部3とスリット4を2組作り、それぞれのスリッ
ト4の端部にジョセフソン接合2を1個ずつ形成し、N
開維縁膜5で絶縁した後コンタクトホール8を通して接
続電極18を接続する。この実施例においては、5QU
IDインダクタンスを並列接続してインダクタンスを半
減しているが、第4図、第5図の実施例と異る点は左右
2つの5QUIDインダクタンスに磁束が鎖交した場所
の電流が打消し合うようになっていることである。この
ようにすると外部から入ってくる磁束ノイズを打消すこ
とができるという効果がある。この場合には、入力コイ
ル7の向きを左右反対にして、入力コイルからの信号は
打消さないようにする。本実施例においても5QUID
インダクタンスを小さくでき、最適な動作範囲に設定で
きるという効果がある。
第7図は、高温超電導体膜を二層用いてSQUIDを構
成した実施例の平面図である。高温超電導体膜1を加工
して開口部3とスリット4を2組作り、5QUIDイン
ダクタンスを2個並列接続して、インダクタンス値を半
減して最適な動作範囲に設定している。さらに左右の5
QUIDインダクタンスに鎖交する磁束ノイズを打消す
ように向きを変えている。このように、最適な動作領域
の設定ができるという効果、磁束ノイズを打消すという
効果の他に、接続電極18周辺の電極を小さくして寄生
容量が小さいという効果がある。
第8図は高温超電導体膜を三層用いて5QUI縁膜19
で絶縁した後、高温超電導体膜1を加工して開口部3と
スリット4を作り、5QUrDインダクタンスとし、ジ
ョセフソン接合2を設けている。この上に層間絶縁膜5
で絶縁した後、入力コイル7.変調コイル6を形成して
5QUIDとする。本実施例では、5QUIDインダク
タンスが超電導グランドプレーンの上に積層されている
ためインダクタンスが減少し、5QUIDの最適な動作
範囲を実現できるという効果がある。
第9図は高温超電導体膜を二層用いて5QUIDを構成
した実施例の平面図である。高温超電導体膜1を加工し
て開口部3とスリット4を4組作り、5QUIDインダ
クタンスを4個並列接続して、インダクタンス値を4分
の1にして最適な動作範囲に設定している。さらに、こ
れらの5QUIDインダクタンスに鎖交する磁束ノイズ
を打消すように向きを変えている。このように、最適な
動作領域の設定でき、大きな出力電圧が得られるという
効果がある。また、外部からの磁束ノイズに影響を受け
にくいという効果がある。
第10図は高温超電導体膜を二層用いて5QUIDを構
成した実施例の平面図である。高温超電導体膜1を加工
して関口部3とスリット4を4組作り、5QUIDイン
ダクタンスを4個並列接続して、インダクタンス値を4
分の1にして最適な動作範囲に設定している。さらに、
これらの5QUIDインダクタンスに鎖交する磁束ノイ
ズを打消すように組み合わせている。また、二層目の接
続電極21の面積を小さくして寄生容量を低減している
。インダクタンスを低減して最適な動作範囲に設定でき
たため大きな出力電圧が得られるという効果があり、磁
束ノイズを打消すことができるためS/N比を良くでき
るという効果がある。
さらに寄生容量を減しているため、周波数特性を拡大し
たり出力電圧を大きくできるという効果がある。インダ
クタンスの並列接続は2個以上ならば同等の効果が期待
できる。
第11図は高温超電導体膜−層の基板を2枚用いて5Q
UIDを構成した実施例の模式図である。
基板21に形成した高温超電導体膜1を加工して開口部
3及びスリット4を形成する。一方、別の基板22上に
も高温超電導体膜を形成し、それを加工して変調コイル
6と入力コイルを形成する。
これら2枚の基板を間に層間絶縁膜5をはさんで密着さ
せて、5QUIDを構成する。層間絶縁膜5はどちらの
基板上に形成しても良い。このようにすると高温超電導
体膜による5QUIDを簡単に構成できるという効果が
ある。
以上の実施例で用いるジョセフソン接合としては、超電
導体膜の線幅あるいは膜厚を小さくしたブリッジ形接合
や、サンドイッチ形接合、近接効果形接合を用いること
ができる。
[発明の効果] 本発明によれば、高温治電導体で5QUIDを構成し、
高温で動作させることができるので、生体磁気計測など
の微小磁界測定が容易にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図。 第3図、第8図及び第11図は本発明の他の実施例を示
す模式図、第4図、第5図、第6図、第7図、第9図及
び第10図は本発明の他の実施例の平面構成を示す図で
ある。 1・・・高温超電導体膜、2・・・ジョセフソン接合、
3・・・開口部、4・・・スリット、5・・・層間絶縁
膜。 6・・・変調コイル、7・・・入力コイル、8・・・コ
ンタクトホール、9・・・接続電極、10・・・5QU
ID、11・・・切れ込み、12・・・定電流電源、1
3・・・位相検波増幅器、14・・・帰還回路、15・
・・センサコイル、16・・・低温部、17・・・接続
電極、18・・・接続電極、19・・・層間絶縁膜、2
o・・・高温超電導体膜、21・・・基板、22・・・
基板。 17 回(11) 箋 2 口 84圓 8g羽 72面 2b  タ  1lffi 、ぐ 第7θ回 −ぐ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、超電導インダクタンス用の高温超電導体膜電極と、
    ジョセフソン接合と基板、層間絶縁膜、配線用の高温超
    電導体膜電極から成る超電導量子干渉計において、超電
    導インダクタンス用の高温超電導体膜電極の中心部に開
    口を設け、そこからスリットを外周近傍まで延ばし、当
    該スリットの両側にジョセフソン接合を設けた後、層間
    絶縁膜を積層し、さらに配線用の高温超電導体膜を形成
    、加工して変調コイル及び入力コイルを形成したことを
    特徴とする超電導量子干渉計。 2、特許請求の範囲第1項の超電導量子干渉計において
    、配線用の高温超電導体膜及び層間絶縁膜を2層以上積
    層して入力コイルの端子を取り出すことを特徴とする超
    電導量子干渉計。 3、特許請求の範囲第1項の超電導量子干渉計において
    、超電導インダクタンス用の高温超電導体膜に2個の開
    口部を設け、当該2個の開口部が始まる2本のスリット
    を設け、当該2本のスリットの端部が近接した領域に2
    個のジョセフソン接合を設け、超電導インダクタンスが
    並列接続により、当該超電導インダクタンスの値が減少
    することを特徴とする超電導量子干渉計。 4、特許請求の範囲第3項の超電導量子干渉計において
    、ジョセフソン接合周辺の電極面積を小さくしたことを
    特徴とする超電導量子干渉計。 5、特許請求の範囲第3項の超電導量子干渉計において
    、超電導インダクタンスの形状をS字状に形成しことを
    特徴とする超電導量子干渉計。 6、特許請求の範囲第1項の超電導量子干渉計において
    、高温超電導体膜及び層間絶縁膜によるグランドプレー
    ンを設けたことを特徴とする超電導量子干渉計。 7、特許請求の範囲第5項の超電導量子干渉計において
    、超電導インダクタンスの形状をS字を直交させる形状
    に形成したことを特徴とする超電導量子干渉計。 8、特許請求の範囲第1項の超電導量子干渉計において
    、配線用の高温超電導体膜を超電導インダクタンスを形
    成する基板と別の基板に形成することを特徴とする超電
    導量子干渉計。 9、特許請求の範囲第1項の超電導量子干渉計において
    、高温超電導体膜として、Ca、Se、Sc、Y、希土
    類元素、バリウム、銅のいずれかを含む混合酸化物を用
    いることを特徴とする超電導量子干渉計。
JP63023669A 1988-02-05 1988-02-05 超電導量子干渉計 Expired - Lifetime JP2749048B2 (ja)

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