JPH0419582A - 酸化物超伝導量子干渉デバイス - Google Patents

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、酸化物超伝導薄膜のゼロ抵抗、量子効果を利
用した量子干渉デバイスに関し、特に超伝導ループ、超
伝導入力コイル、超伝導ピックアップコイルなどの構成
素子を高い位置決め精度で、しかも歩留まり良（複合化
し得る構成の酸化物超伝導量子干渉デバイスに関する。

［従来の技術１ 生体磁気や科学計測の分野では非常に高感度な磁気セン
サーが必要とされるため、１０−”テスラ以下の磁界を
検出できる超伝導量子干渉デバイスが用いられている。

このセンサーは超伝導性の弱い接合部（以下、弱結合と
称する）を流れる超伝導電流が外部磁界によって変調さ
れることを利用しており、他の磁気センサーに比べ低周
波信号の測定も可能であるという特長がある。

第３図に従来の直流型量子干渉デバイスの基本構成例を
示す。この構成は、弱結合部１をループ状につなぐ超伝
導ループ２、超伝導入力コイル３および外部磁界を検知
する伝導ピックアップコイル４を含んでいる。入力コイ
ル４は磁束鎖交部５を超伝導ループ２と共有している。

高周波型量子干渉デバイスの場合には、弱結合が１個で
あるが他の構成は直流型と同様である。

超伝導ピックアップコイル４で検出された磁界は、超伝
導電流となって超伝導入力コイル３に伝搬される。超伝
導入力コイル３と超伝導ループ２は磁束鎖交部５を通し
て磁気的に結合され、弱結合１に流れる超伝導電流はこ
の磁界に応じて変調を受ける。以上のように、量子干渉
デバイスは弱結合部のみならず、様々なコイルとの組合
せが実現できて初めて磁気検出が可能となる。

従来、このような量子干渉デバイスはＩＯＫ前後の冷却
を必要とする金属系超伝導薄膜によって構成されていた
が、近年、より高い動作温度で超伝導となる酸化物超伝
導材料が発見され、より小型で経済的な酸化物超伝導量
子干渉デバイスが研究開発されつつある。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、酸化物超伝導薄膜は特定の基板上でのみ
超伝導を発現するために、超伝導ループの上に超伝導コ
イルを形成する構造（以後、積層型量子干渉デバイスと
称する）が極めて困難であり、デバイスの信頼性や製造
の歩留まりを向上できないという欠点があった。また、
超伝導ループの上に絶縁膜をコートした後、別の基板に
形成した超伝導入力コイルを重ね合わせる構造（以後、
重ね合わせ型量子干渉デバイスと称する）では、磁束鎖
交部の位置決めが容易でな（、同時に人力コイルと超伝
導ループとの隙間が均一に狭くできないために、磁気的
な結合の制御性に乏しい。それゆえ、デバイスの品質を
保証できず、製造時の煩雑な微調整を避けられないとい
う欠点があった。

本発明の目的は、量子干渉デバイスを構成する超伝導ル
ープ、並びに超伝導コイルとを電極あるいは電極付近に
設けた半田バンブを用い、高精度な位置決めと均一で隙
間の狭い重ね合わせを安定に実現することによって、高
性能でかつ信頼性の高い酸化物超伝導量子干渉デバイス
を製造歩留まり良（提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明による酸化物
超伝導量子干渉デバイスは、弱結合を含む超伝導ループ
が表面上に形成された第１の基板と、超伝導コイルが表
面上に形成された第２の基板とが、それぞれの前記表面
を対向させて配置され、かつ、前記第１および第２の基
板の一方の基板に形成された金属薄膜からなる位置決め
ランドと他方の基板に形成されたハンダチップとが溶融
接続されていることを特徴とする。

【作　用１ 本発明においては、超伝導ループが形成された第１の基
板と超伝導入力コイルが形成された第２の基板のそれぞ
れ一方および他方に形成された位置決めランドと半田バ
ンブによって、微調整することなく、狭（均一な重ね合
わせを安定に実現することができる。

従来の積層型はデバイスの信頼性や製造歩留まりを向上
できず、また従来の重ね合わせ型は製造時の微調整が必
要であり、磁気的な結合の制御が十分でないことから、
デバイスの品質を保証出来ないという欠点があった。こ
れに対し、本発明による量子干渉デバイスでは、半田バ
ンブの自己位置決め機能を利用するために、重ね合わせ
時の微調整が必要なく、しかも半田バンブ間の表面張力
と絶縁性のスペーサを利用するため、均一で隙間の狭い
重ね合わせを安定に実現できる。

［実施例１ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明による酸化物超伝導量子干渉デバイスの
一実施例の構成を説明する図である。第１図（Ａ）は基
本チップＡを示し、透明基板、例えばＭｇＯ基板６上に
粒界接合、ＳＮＳまたはＳＩＳ等による弱結合部１およ
び弱結合部１をループ状につなぐ超伝導ループ２、電極
７が形成され、さらに位置決めランド８および９が設け
られている。

第１図（Ｂ）は基本チップＢを示し、基板ｌＯ上に超伝
導入力コイル３、電極１１Ｊ２および１３が形成され、
さらに基本チップＡの位置決めランド８および９にそれ
ぞれ対応する位置に半田パンプ１４および１５が設けら
れている。電極７および１１は超伝導ループ用電極、電
極１２は超伝導入力コイル用電極、電極１３は信号取出
し用電極である。本発明による量子デバイスは、この２
つの基本チップＡおよびＢを、超伝導ループ２と超伝導
入力コイル３とを対向させて重ね合わせる。半田パンプ
１４は二つの基本チップＡ、Ｂの機械的な接続の役割り
を果し、一方半田バンブ１５は電極上に設けられており
、主として電気的接続の役割りを果す。

第２図は二つの基本チップＡ、Ｂを重ね合わせた状態を
示し、第２図（Ａ）は上面図、第２図（Ｂ）は図（Ａ）
のｘ−ｙｓ＊に沿った断面図である。

次に本発明のデバイスの製造法について説明する。

公知の酸化物超伝導体からなり、超伝導量子干渉デバイ
スを構成する超伝導ループ２と超伝導入力コイル３は、
ＭｇＯ等から成る別個の基板６，１０上に形成される。

また、別個の基板上に堆積された酸化物超伝導薄膜はフ
ォトリングラフィとドライエツチングによってループ、
コイル等の機能性パターンに加工され、その後基板を機
械的に切断することによって、第１図に示す様な基本チ
ップＡ、Ｂとなる。このパターン加工の際に、レジスト
マスクを用い、Ｉｎ半田等を堆積させることにより、基
本チップＢには半田バンブ１４．１５を形成する。また
、基本チップＡには半田濡れ性の良好な金等の金属薄膜
によって位置決めランド８，９を形成する。

ピックアップコイルは基本チップＢと別個に設けてもよ
（、また基本チップＢ上に搭載してもよい。その場合に
は、入力コイルの作成と同様の手順で作成することがで
きる。

この入力コイル、並びにピックアップコイルを含む超伝
導コイル側の基本チップＢが量子干渉デバイスのベース
基板となり、超伝導ループ側の基本チップＡが搭載基板
となる。また、ベース基板となる基本チップＢは、電極
１１．１２Ｊ３および半田バンブ１４．１５を除いたチ
ップ全面にＳｉＯ□、　５ｉｓＮ４等からなる絶縁性の
スペーサ１６を２−３μｍコートし、この厚みが重ね合
わせ時の両基本チップの隙間を決定する。

これら２枚の基本チップを粗く位置決めしてやり、この
後半田の融ける温度（例えば、１５０℃）に全体を昇温
してやることによって、基本チップＢの半田パンプが融
けて基本チップＡの位置決めランドに馴染むとともに、
その表面積が最小となるように、基本チップＡとＢとが
自然に位置決めされ、両者は圧着される。このようにし
て、第２図のような超伝導量子干渉デバイスの組立・製
造が可能となる。この際、超伝導ループと入力コイルと
の磁気的な結合に強（関与する重ね合わせ隙間は、はぼ
絶縁性のスペーサの膜厚によって決定されるため、磁気
的な結合の制御は比較的容易となる。

なお、上述した実施例では、位置決めランドおよび半田
パンプは、それぞれ超伝導ループ側および超伝導コイル
側に設けられているが、この逆であってもよいことは言
うまでもない。

本発明による構成・方法では半田パンプと位置決めラン
ド間の自己位置決め機能を利用するために、重ね合わせ
時の微調整が必要なく、しかも半田パンプの表面張力と
絶縁性のスペーサを利用するため、隙間の狭い均一な重
ね合わせを安定に実現できる。また、半田は酸化物超伝
導薄膜によって構成される超伝導ループ、超伝導コイル
等の機能性部品とは直接接触しないので、材料特性の劣
化しやすい酸化物超伝導膜でも問題はない。さらに、全
体の処理温度はたかだか２００℃以下であり、酸化物超
伝導材料の劣化を生じる温度に比べ十分に低い、それゆ
え、本発明による半田パンプの付加、並びに温度処理は
、酸化物超伝導量子干渉デバイスの品質を劣化させるこ
とはもちろんない。

以上述べたように、量子干渉デバイスに不可欠である超
伝導ループと超伝導コイルとを別個の基板に形成し、そ
れらを半田バンブを用いて重ね合わせることによって、
酸化物超伝導薄膜から成る機能性部品の品質を劣化させ
ることなく、高精度にしかも歩留まり良く機能性素子の
複合化が可能となる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、酸化物超伝導量
子干渉デバイスを構成する超伝導ループ、並びに超伝導
コイルを、微調整の必要もなく高い位置決め精度で、狭
く均一な隙間で、安定に重ね合わせることができるから
、高性能でかつ信頼性の高い酸化物超伝導量子干渉デバ
イスを製造歩留まり良く提供できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を説明する図、第２図は本
発明による量子干渉デバイスの実施例の上面図および断
面図、 第３図は直流型量子干渉デバイスの基本構成を示す図で
ある。 １・・・弱結合部、 ２・・・超伝導ループ、 ３・・・超伝導入力コイル、 ４・・・ピックアップコイル、 ５・・・磁束鎖交部、 ６．１０・・・基板、 ７．１１・・・超伝導ループ電極、 ８．９・・・位置決めランド、 １２・・・超伝導コイル電極、 １３・・・信号取り出し用電極、 １４、１５・・・半田バンブ、 １６・・・スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）弱結合を含む超伝導ループが表面上に形成された第
   １の基板と、超伝導コイルが表面上に形成された第２の
   基板とが、それぞれの前記表面を対向させて配置され、
   かつ、前記第１および第２の基板の一方の基板に形成さ
   れた金属薄膜からなる位置決めランドと他方の基板に形
   成されたハンダチップとが溶融接続されていることを特
   徴とする酸化物超伝導量子干渉デバイス。