JPH04136777A - Squid素子 - Google Patents

Squid素子

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JPH04136777A
JPH04136777A JP2256973A JP25697390A JPH04136777A JP H04136777 A JPH04136777 A JP H04136777A JP 2256973 A JP2256973 A JP 2256973A JP 25697390 A JP25697390 A JP 25697390A JP H04136777 A JPH04136777 A JP H04136777A
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JP
Japan
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squid
input coil
resistance layer
coil
magnetic flux
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JP2256973A
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Koichi Yokozawa
宏一 横澤
Kenichi Okajima
健一 岡島
Shogo Kiryu
昭吾 桐生
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Hitachi Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】
本発明は、微弱な磁場を計測するのに好適な磁束計に関
し、特に薄膜技術で形成した超伝導量子干渉素子(以下
にSQUID素子)に関する。
【従来の技術】
5QtJID磁束計についてジャーナル・オブ・ロウ・
テンブレチャー・フィジクッス(J、 LowTemp
、Phys、)、 Vol、 68. Nos、3/4
.1987年、第269頁から第284頁に論じられて
いる。 ここに示されたSQUID磁束計は、SQUID素子に
対する入力磁束と出力電圧の関係である磁束−電圧特性
の歪を打ち消すために検出コイルとSQUIDの入力コ
イルとを結ぶ2本の伝送線の間に抵抗とキャパシタの直
列回路を接続している。 またこれらの直列回路素子はSQUID素子の外部に外
付けされたものである。
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、過大電流による入力コイルの破壊防止
については特に考慮はされていない。すなわち入力コイ
ルと並列の関係となる上記直列回路はキャパシタを含み
、入力コイルの溶断に到るような過大電流の通路とはな
らない。 そこで本発明の第1の目的は過大電流によってる入力コ
イルが破壊されるのを防止する手段を備えたSQUID
素子を提供することにある。 本発明の第2の目的は、上記の破壊防止手段の採用にか
かわらず素子面積の増大が少なく、また特に多チヤンネ
ル磁束計の実装が容易なSQUID素子を提供すること
にある。 本発明の第3の目的は、上記の破壊防止手段の採用にか
かわらず磁束計としての感度低下が少ないSQUID素
子を提供することにある。
【課題を解決するための手段1 上記第1目的を達成するために、SQUIDの入力コイ
ルに抵抗を並置した点が本発明の特徴的なところである
。さらに具体的には、この抵抗は入力コイルの全体に接
するように構成されるとともに、その一端はグランド電
位に接地される。 また上記第2の目的を達成するために、上記の抵抗は薄
膜で形成され、入力コイルの一部もしくは全体に接する
ように構成される。つまり薄膜抵抗層とSQUIDの入
力コイルとは積層される。 また上記第3の目的を達成するために、薄膜で形成され
た抵抗層のうち、SQUIDリングの開口部にあたる部
分、つまりSQUIDリングの開口部の成膜方向(膜の
積層方向)の位置に空孔が設けられる。さらに好ましく
は、この抵抗層には上記空孔と抵抗層の外縁とをつなぐ
スリットが設けられる。 【作用) 上記の構成では、SQUIDの入力コイルが超伝導状態
であるかぎりは検出コイルから伝達される電流は入力コ
イルを流れる。一方、例えば静電気による過大電流が流
入して入力コイルの超伝導性を破り、その一部が常伝導
となると、この過大電流は入力コイルに並置された抵抗
に流入し、抵抗を介して接地点に吸収される。したがっ
て、過大電流が入力コイルを流れ続け、常伝導となった
部分が発熱により溶融して切断するのが防止される。 とくに抵抗が入力コイルの全体に接するようにされた構
成によれば、入力コイルのどの部分が常伝導となった場
合でも上記の破壊防止の作用が確実に行われる。さらに
、入力コイルとSQUIDリング間の絶縁破壊が起こっ
た場合でも絶縁破壊を起こした電流が上記同様に接地点
に流れ、コイルの破壊が防止される。 さらに薄膜の積層による構成は素子面積の増大を伴わず
、また抵抗の外付けに比べて実装が容易となる。 抵抗層が設けられることにより透磁率が変化し、入力コ
イルとSQUIDリング間の磁気結合が弱められことは
、上記の空孔の配置により防止される。さらに、上記の
スリットは抵抗層にエデイ・カレントが流れるのを防止
し、これらの構成はいずれも抵抗層が挿入されたことに
よる磁束計の感度低下の防止に役立つ。 【実施例】 次に本発明の詳細な説明する。 第1図は実施例のSQUID素子の主要部の積層構成を
示している。SQUIDリング4は中央に開口部9が設
けられ、さらにスリットが設けられたワッシャ状の第1
の1薄膜超伝導層4−1と、それぞれジョセフソン接合
を介してこのスリットの間をブリッジする第2の薄膜超
伝導層4−2とで構成される。図示しない基板上に形成
した上記構造のSQUIDリング4の上に絶縁層6が積
層され、さらに薄膜抵抗層10が積層される。さらに薄
膜超伝導層で平面スパイラルコイル状に形成した入力コ
イル3と、同じく薄膜超伝導層で形成した帰還変調コイ
ル8が抵抗層1oの上に積層され、それぞれSQUID
リング4と磁気結合される。 この構成のうち抵抗層10がないのが従来のSQUID
素子であり1本実施例は抵抗、11110が挿入されて
いる点に特徴がある。抵抗J’ilOには、SQUID
リング4の中央の開口部9と同一位置、つまり開口部9
の成膜方向(膜の積層方向)の位置に空孔30があり、
更にこの空孔3oと抵抗層の外縁を結ぶ1本のスリット
が設けられる。抵抗層の一端20は接地用電極とされ、
抵抗層10がグランド電位に接地される。 第2図は周辺回路を含めた第1図のSQUID素子の等
値回路図であり、つまり第1図の素子を用いたSQUI
D磁束計の回路図である。第1図の各部に対応する回路
要素には第1図と同一の符号が付されている。検出コイ
ル1を差交する磁束によって発生する磁束検出電流は、
検出コイルとともに一巡の超伝導ループをなす伝送g2
、入力コイル3を流れる。これによって入力コイル3は
入力磁束を発生し、これがSQUIDリング4に印加さ
れる。SQUIDは磁束信号を高感度に電圧に変換する
動作をするが、一般にはSQUIDの後段に帰還変調回
路7を設け、帰還変調コイル8により変調をかけるとと
もに帰還をかけて動作させる。抵抗Ji’lOは入力コ
イル3の一面に接しているが簡便には入力コイル3と並
列に接続された抵抗として表せる。 5QUI:D磁束計の代表的な数値として検出コイル及
び入力コイルのインダクタンスを50nH。 入力コイルとSQUIDリングの相互インダクタンスを
1nH1変調周波数を50 k Hz、入力コイルが常
伝導化したときの抵抗値を1にΩとする。 このとき薄膜抵抗層10の等価抵抗は入力コイルが常伝
導化したときの抵抗値よりも十分に小さくする。実施例
においては約1Ωである。 各コイルが超伝導状態に保たれ、正常な動作を行ってい
るときには、薄膜抵抗層10は検出コイルや人力コイル
に比べてインピーダンスが十分に大きい。したがって、
薄膜抵抗層10の存在はSQUID磁束計の動作の妨げ
にならない、一方、例えば静電気による大電流が入力コ
イルに流入する場合がある。これは検出コイル1の交換
のため入力コイル3がオープンになっているような場合
に起こりやすい。このような過大電流により入力コイル
のいずれかの位置で超伝導性がやぶれて常伝導となると
、抵抗率の差によりこの過大電流の大部分は入力コイル
3の常伝導化された部分でなく、抵抗層10に分布して
流れ、電極20を介して接地点に吸収される。したがっ
て、過大電流が入力コイル3を流れ続け、常伝導となっ
た部分が発熱により溶融して切断するのが防止される。 とくに本実施例では抵抗層10が入力コイル3の全体に
接するように積層されているので、入力コイルのどの部
分が常伝導となった場合でも上記の破壊防止の作用が確
実に行われる。さらに、本実施例では、抵抗層10が入
力コイルとSQUIDリングの間に挿入されているので
、入力コイルとSQUIDリング間の絶縁破壊が起こっ
た場合でもlI!縁破壊を起こした電流が上記同様に接
地点に流れ、コイルの破壊が防止される。 なお本実施例で、抵抗層10の中央を空孔30としてい
るめは、抵抗層が設けられることにより透磁率が変化し
、SQUIDリングと入力コイル間あるいはSQUID
リングと帰還変調コイル間の磁気結合が弱められことを
防止するためである。 さらに、スリット4oを設けることにより抵抗層にエデ
イ・カレントが流れるのが防止される。つまりこれらの
構成により、抵抗層が挿入されたことによるコイル間の
実効的な相互インダクタンスの低下が避けられ、磁束計
としての感度の低下が防止される。 上述の抵抗層の保護抵抗として作用は、上記実施例のよ
うな入力コイルの全面に抵抗層が接している構造でなく
ても発揮される。第3図の例では、抵抗層10は入力コ
イルの一部に、ただしスパイラルコイルの各ターンに渡
って接している。SQUID素子の他の部分の構造は第
1図と同じであり、図から省略している。この構成でも
、第1図の実施例とほぼ同様に入力コイル3の一部の超
伝導性がこわれた場合に電流通路の変化が起こり、入力
コイル3の破壊が防止される。さらに、少なくとも等価
回路的に第2図の様に入力コイルのほぼ両端に並列接続
される抵抗があれば良い場合もある。ただし過大電流を
確実に抵抗に流し、これを接地点に吸収する上で、入力
コイルに接する抵抗を設け、その一部を接地する構成が
好ましい。 さらに、抵抗の付加による素子面積の増大を避ける意味
から第1図、もしくは第3図のような薄膜抵抗層の採用
が好ましい。 第4図はさらに別の実施例を示す。この例はひとつの素
子基板上に複数のSQUIDを配列したものである。各
々のSQUIDリング4と入力コイル3のペアに対して
抵抗層は独立に設ける必要が無いので、薄膜抵抗層10
が共通に形成されている。各入力コイルに対する保護動
作は第1図の実施例と全くかわり無い。なお、図中で帰
還変調コイルは省略されている。このような多チヤンネ
ル素子構成とした場合にとくに保護用抵抗を薄膜抵抗層
で形成することの実装上のメリットが大きい。
【発明の効果】
以上の様に、本発明によれば過大電流の流入によりSQ
UIDの入力コイルが溶断破壊を起こすことが未然に防
止され、SQUID素子の破壊率が著しく減少するとの
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のSQUID素子の主要な各
層を分離して示した図、第2図は実施例の等価回路図、
第3図、第4図はそれぞれ別の実施例を示す図である。 Q 3Pf図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、差交する磁束を電圧に変換するSQUIDリングと
    、前記SQUIDリングと磁気結合された超伝導コイル
    であり、外部から伝達された磁束検出電流により磁束を
    発生して前記SQUIDリングに入力磁束を印加する入
    力コイルとを備えたSQUID素子において、前記入力
    コイルと並列に過大電流による前記入力コイルの破壊を
    防止する抵抗が接続されたことを特徴とするSQUID
    素子。 2、前記抵抗の一部が接地されていることを特徴とする
    請求項1に記載のSQUID素子。 3、差交する磁束を電圧に変換するSQUIDリングと
    、薄膜超伝導層により形成され、外部から伝達された磁
    束検出電流により磁束を発生して上記SQUIDリング
    に入力磁束を印加する入力コイルとが一体の素子とされ
    たSQUID素子において、過大電流による前記入力コ
    イルの破壊を防止する抵抗層が前記入力コイルに接して
    形成されたことを特徴とするSQUID素子。 4、前記抵抗層の一部が接地されていることを特徴とす
    る請求項3に記載のSQUID素子。 5、前記抵抗層は前記入力コイルと前記SQUIDリン
    グとの間に挿入されていることを特徴とする請求項3に
    記載のSQUID素子。 6、前記抵抗層の前記SQUIDリングの開口部に当る
    位置に空孔が設けられていることを特徴とする請求項3
    に記載のSQUID素子。 7、前記抵抗層は、その外縁と前記空孔とを結ぶスリッ
    トを有することを特徴とする請求項6に記載のSQUI
    D素子。
JP2256973A 1990-09-28 1990-09-28 Squid素子 Expired - Lifetime JPH0812232B2 (ja)

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JPH0812232B2 (ja) 1996-02-07

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