JPH04241480A - 磁束トランス - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁束トランス素子に関す
る。より詳細には、本発明は酸化物超電導薄膜により形
成された超電導電流路を含む磁束トランスの新規な構成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導現象を利用した電子デバイスのう
ちで最も実用化が進んでいるもののひとつにＳＱＵＩＤ
がある。ＳＱＵＩＤは、実際には非常に感度の高い磁界
センサとして利用されており、磁化測定、ＮＭＲ、磁気
温度計等の基礎計測分野の他、心磁計、脳波計、磁気ト
レーサ等として医療分野で、また、地磁気観測、地震予
知、資源探査等の地球科学の分野でも、既に実用的に使
用されている。

【０００３】ところで、ＳＱＵＩＤをセンサとして使用
して各種の測定を行う場合、信号を直接ＳＱＵＩＤで拾
うこともできるが、実際には、適切な入力回路を介して
磁気的変化を検出する方式が一般的である。このような
方式とすることにより、ピックアップと測定との機能を
分離し、ＳＱＵＩＤを充分に外界から遮蔽したり、感度
の調整をしたりすることが可能になる。

【０００４】このような用途で使用される入力回路とし
て、最も代表的なものに磁束トランスがある。

【０００５】磁束トランスは、入力側のピックアップコ
イルおよび出力側のインプットコイルとこれらを接続す
る手段とから構成されており、実際にはひと続きの超電
導線路を適切にパターニングすることにより構成されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、従来知られてい
た超電導材料は、一般に液体ヘリウム温度以下の極低温
でしか超電導体にならなかったので、これを実用的に利
用することはあまり考えられていなかった。しかしなが
ら、〔Ｌａ，Ｂａ〕２ＣｕＯ４　あるいは〔Ｌａ，Ｓｒ
〕２ＣｕＯ４　等の複合酸化物焼結体が高い臨界温度を
有する超電導材料であることが１９８６年に見出されて
以来、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ系あるいはＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃ
ｕ系等の複合酸化物が極めて高い温度範囲で超電導特性
を示すことが次々に確認された。このような高い温度で
超電導特性を示す材料は廉価な液体窒素を冷却媒体とし
て使用することができるので、超電導技術の応用が俄か
に現実的な課題として検討されるようになった。

【０００７】従って、磁束トランスにも酸化物超電導体
を適用することによって磁束トランスの取扱いを簡素化
して普及を促進することができると考えられる。ところ
が、実際に酸化物超電導体によって作製した磁束トラン
スはそれ自身の雑音が大きいために前述のような雑音を
排除するための入力回路等として使用することができな
い。

【０００８】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、酸化物超電導体により構成され、且つ雑音の
低い新規な磁束トランスの構成を提供することをその目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
基板上の酸化物超電導薄膜をパターニングして形成され
た超電導電流路を含む磁束トランスであって、該超電導
電流路が、結晶のｃ軸が該基板に平行になるように配向
された酸化物超電導薄膜により構成されていることを特
徴とする磁束トランスが提供される。

【００１０】

【作用】本発明に係る磁束トランスは、その超電導電流
路を構成する酸化物超電導薄膜が、基板に対して結晶の
ｃ軸が平行になるように配向していることをその主要な
特徴としている。

【００１１】即ち、酸化物超電導薄膜は一般に、その結
晶構造に対して臨界電流密度等の特性に異方性を有して
いることが知られている。即ち、代表的なＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物薄膜の場合、結晶のｃ軸に直角な方向により大
きな電流を流し得ることが知られている。そこで、酸化
物超電導薄膜により磁束トランスを作製する場合、従来
は磁束トランス内で超電導電流が基板に平行に流れるこ
とから、結晶のｃ軸が基板に対して直角な酸化物超電導
薄膜が使用されていた。

【００１２】しかしながら、このような構成の従来の磁
束トランスの動作について仔細に検討したところ、ザ・
フィジカル・レビュウ（ボリューム３８、ナンバー１１
、３８頁、ザ・アメリカン・フィジカル・ソサイエティ
により１９８８年１２月１日発行）に記載されているよ
うに、酸化物超電導体の場合、結晶のｃ軸に直角な面内
ではクリープが大きくこのために磁束トランスの雑音が
大きくなっていることが判明した。一方、磁束トランス
の機能を考えた場合必ずしも大電流を流す必要はないの
で、むしろ、ピン止め効果の高さを重視して超電導電流
路を構成することが必要であるとの結論に達し本発明が
完成された。

【００１３】即ち、本発明に係る磁束トランスは、超電
導電流路を構成する酸化物超電導薄膜が、基板に対して
結晶のｃ軸が平行になるように配向している。このよう
な、酸化物超電導薄膜により形成された超電導電流路は
、臨界電流密度こそ低いものの、クリープが小さく、低
雑音の磁束トランスを構成することができる。

【００１４】尚、このような本発明に係る磁束トランス
の構成は、異方性を有する酸化物超電導薄膜を利用した
磁束トランスに何れも適用することができ、具体的には
、Ｙ系複合酸化物薄膜の他、Ｂｉ系やＴｌ系の複合酸化
物薄膜により作製された磁束トランスに適用することが
できる。

【００１５】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明に係る磁束トランスの構成例
を示す図である。

【００１７】同図に示すように、この磁束トランスは、
基板１上に形成された酸化物超電導薄膜をパターニング
して形成された超電導電流路２により形成されており、
超電導電流路２は、ピックアップコイル２１と、インプ
ットコイル２２と、両者を接続する１対の電流路２３と
から構成されている。また、インプットコイル２２側に
は、このコイルを構成する超電導電流路の短絡を防止す
るための絶縁膜２４が形成されている。

【００１８】ここで、基板１は、例えばＳｒＴｉＯ３　
単結晶基板を使用することができ、その成膜面は（１１
０）面となっている。また、超電導電流路２を構成する
酸化物超電導薄膜は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物により形成
されており（１１０）配向している。

【００１９】図２は、図１に示したような磁束トランス
の作製過程を示す図である。

【００２０】まず、図２（ａ）　に示すように、基板１
上に堆積した酸化物超電導薄膜により、所定の寸法のク
ロスアンダー２５を形成する。このクロスアンダー２５
は、図１に示した磁束トランスにおいて、絶縁膜２４の
下を通る超電導電流路となる。

【００２１】次に、図２（ｂ）　に示すように、Ｓｉマ
スク等を利用して、絶縁膜２４を成膜する。絶縁膜２４
の材料としては、厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ３　膜等を有
利に使用することができる。

【００２２】続いて、クロスアンダー２５および絶縁膜
２４を装荷された基板１上全体に、酸化物超電導薄膜２
を堆積させる。

【００２３】更に、図２（ｄ）　に示すように、最上層
の酸化物超電導薄膜２をパターニングすることにより、
図１に示したような構造の磁束トランスが完成する。

【００２４】〔作製例〕図２に示した工程に従って、実
際に磁束トランスを作製した。

【００２５】基板としてＳｒＴｉＯ３　（１１０）基板
を使用し、まず、Ｓｉマスクを用いたスパッタリング法
により酸化物超電導薄膜のクロスアンダーを成膜した。 成膜条件は下記の表１に示す通りであり、形成されたク
ロスアンダーは、長さ１０ｍｍ、幅１０μｍであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】次に、絶縁層２４として、厚さ１μｍのＳ
ｒＴｉＯ３薄膜を堆積させる。このとき、Ｓｉマスクを
利用することにより、絶縁層２４を成膜した。絶縁層２
４の成膜条件は、下記の表２に示す通りである。

【００２８】

【表２】

【００２９】続いて、表１に示した条件と同じ成膜条件
で、上部ＹＢＣＯ層を成膜した後、硝酸をエッチ剤とし
てこれをパターニングし、図１に示したようなパターン
を形成した。

【００３０】尚、超電導電流路２の線路幅は２０μｍと
した。また、ピックアップコイル２１は１辺が１０ｍｍ
の正方形とし、インプットコイル２２は、内径　１００
μｍでターン数を１０とした。

【００３１】以上のようにして作製した磁束トランスを
、やはりＹＢＣＯ薄膜により形成したＳＱＵＩＤと共に
使用して、その特性をフラックスロックドループ（Ｆｌ
ｕｘＬｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ　）法により評価した。７
７Ｋにおける磁束トランスの磁界分解能の周波数依存性
を表３に示す。また、ｃ軸配向膜により形成された従来
の磁束トランスの特性を表３のかっこ内に併せて示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】表２に示すように、ｃ軸配向膜を用いて作
製された磁束トランスに比較して、（１１０）配向膜に
より作製された磁束トランスは分解能がほぼ２倍と、特
性が著しく改善されている。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る磁束
トランスは、磁束トランス本来の低雑音性を備えており
、更に、超電導体として酸化物超電導体を使用している
ので、液体窒素による冷却で使用することができる。 これらの特徴により、種々の分野における磁束トランス
の普及が促進される。

【００３５】また、単純な磁束トランスの他、グラジオ
メータ等としての使用においても、これらの特徴が有利
であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁束トランスの作製例の構成を示
す図である。

【図２】本発明に係る磁束トランスの作製過程を示す図
である。

【符号の説明】

１　　　　基板、 ２　　　　超電導電流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上の酸化物超電導薄膜をパターニング
   して形成された超電導電流路を含む磁束トランスであっ
   て、該超電導電流路が、結晶のｃ軸が該基板に平行にな
   るように配向された酸化物超電導薄膜により構成されて
   いることを特徴とする磁束トランス。