JPH04313285A - 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】ＳＱＵＩＤをセンサとして使用して各種の
測定を行う場合、ＳＱＵＩＤで信号を直接検知すること
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。このような構成と
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
したりすることが容易になる。

【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
導電流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】ところで、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，Ｂ
ａ］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−Ｃｕ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、各種の超電導デバイスへの適用が期待さ
れている。

【０００７】図１は、酸化物超電導薄膜により構成され
た磁束トランスの典型的な構成を示す図である。

【０００８】同図に示すように、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により形成されている。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、巻数の多いインプットコイル２
２側には、電流路２３とインプットコイル２２を構成す
る超電導電流路との間の短絡を防止するために、両者の
間に絶縁層２４が形成されている。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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２５を形成する。このクロスアンダ２５は、
最終的には、図１に示した磁束トランスにおける絶縁膜
２４の下を通る超電導電流路２３となるべきものである
。

【００１２】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は
、１μｍ程度に堆積させた基板材料と同じ材料の薄膜に
より形成することができる。

【００１３】続いて、クロスアンダ２５および絶縁膜２
４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。

【００１４】最後に、図２（ｄ）　に示すように、最上
層の酸化物超電導薄膜２を適切に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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような磁束トラ
ンスの製造工程において、クロスアンダ上を通るインプ
ットコイル２２を構成する酸化物超電導薄膜は、絶縁層
２４を下地として成膜されることになる。

【００１６】ところが、酸化物超電導体は、一般に複雑
な組成と結晶構造を有しており、特定の材料の特定の結
晶面上に形成された場合にのみ、その高い超電導特性を
発揮することが知られている。

【００１７】このため、絶縁層２４上に形成された酸化
物超電導薄膜は、他の領域に形成された酸化物超電導薄
膜に対して膜特性が劣化しており、結果的に、磁束トラ
ンス全体の特性が劣化してしまうという問題がある。

【００１８】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決して、より特性の優れた酸化物超電導薄膜により
形成された磁束トランスを提供することをその目的とし
ている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】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クロ
スアンダを含む超電導電流路により形成された磁束トラ
ンスにおいて、該クロスアンダ上に形成された超電導電
流路と該クロスアンダとの間の短絡を防止するための絶
縁層が、ペロブスカイト型の結晶構造を有するＬａ、Ｃ
ａおよびＭｎの複合酸化物薄膜により形成されているこ
とを特徴とする磁束トランスが提供される。

【００２０】

【作用】本発明に係る磁束トランスは、その絶縁層とし
て、ペロブスカイト型の結晶構造を有するＬａ、Ｃａお
よびＭｎの複合酸化物薄膜を使用していることをその主
要な特徴としている。

【００２１】即ち、Ｌａ、ＣａおよびＭｎの複合酸化物
は、Ｌａ０．７　Ｃａ０．３　Ｍｎ１．０　Ｏ３−ｘ　
なる組成比でペロブスカイト型の結晶構造を形成するこ
とが知られており、このときの格子定数は、Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物超電導体の格子定数３．８２／３．８９に対
して３．８７と極めて近い。また、この複合酸化物は、
適切な成膜条件を選択することにより、膜表面の平滑性
が良好な薄膜とすることができる。

【００２２】このため、Ｌａ０．７　Ｃａ０．３　Ｍｎ
１．０　Ｏ３−ｘ　薄膜上では、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
等の酸化物超電導薄膜が良好に結晶成長し、単結晶基板
上に直接形成された酸化物超電導薄膜に遜色のない膜特
性が得られる。従って、インプットコイルとクロスアン
ダとの間の絶縁層にＬａ、ＣａおよびＭｎの複合酸化物
を使用することにより、クロスアンダ上の超電導電流路
も含めて、全ての超電導電流路が良質な酸化物超電導薄
膜により形成された磁束トランスを構成することができ
る。

【００２３】尚、本発明に係る磁束トランスにおいて絶
縁層として使用されるＬａ、ＣａおよびＭｎの複合酸化
物薄膜は、スパッタリング法、レーザ蒸着法、ＣＶＤ法
等の方法で成膜することができる。

【００２４】また、例えばスパッタリング法により成膜
する場合では、成膜時の基板温度を５５０〜６５０　℃
の範囲とすることにより、有利な結晶構造と膜質とを得
ることができる。

【００２５】以上のような本発明に係る磁束トランスに
おいて、基板材料としては、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ
３　単結晶等の公知の単結晶基板を何れも使用すること
ができる。また、超電導電流路も、Ｙ系酸化物の他、Ｂ
ｉ系やＴｌ系等の複合酸化物薄膜を使用することができ
る。

【００２６】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。

【００２７】

【実施例】図２に示した工程に従って、本発明に係る磁
束トランスを作製した。

【００２８】基板としてＳｒＴｉＯ３　単結晶（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２５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は、長さ１０ｍｍ、幅１０μｍであ
った。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、絶縁層２４として、　Ｌａ０．７Ｃ
ａ０．３Ｍｎ１．０Ｏ３−ｘ　薄膜を堆積させた。尚、
Ｓｉマスクを利用することにより、絶縁層２４の堆積は
、図示した特定の領域にのみ形成した。絶縁層２４の成
膜条件は下記の表２に示す通りである。

【００３１】

【表２】

【００３２】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に示したようなコイルパ
ターンを形成した。

【００３３】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
の正方形とした。インプットコイル２２は、内径　１０
０μｍでターン数を１０とした。

【００３４】以上のようにして作製した磁束トランスに
おいて、クロスアンダ上のＹ−Ｂａ−Ｃｕ複合酸化物薄
膜の超電導特性を測定した。また、比較のために、Ｌａ
−Ｃａ−Ｍｎ複合酸化物薄膜の代わりにＭｇＯ薄膜を使
用して作製した磁束トランスについても同様な測定を行
った。測定結果は、下記の表３に併せて示す。尚、臨界
電流密度は７７Ｋで測定した。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【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、その絶縁層としてＬａ−Ｃａ−Ｍｎの複合
酸化物を使用することにより、酸化物超電導体の優れた
超電導特性を効果的に発揮して、優れた特性を実現して
いる。 この磁束トランスは、液体窒素による冷却で使用するこ
とができるので、広範な利用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化物超電導薄膜を使用した磁束トランスの典
型的な構成を示す図である。

【図２】図１に示した磁束トランスの作製工程を示す図
である。

【符号の説明】 １　　　　基板、 ２　　　　超電導電流路、 ２１　　　　ピックアップコイル、 ２２　　　　インプットコイル、 ２４　　　　絶縁層、 ２５　　　　クロスアンダ

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
   して形成されたクロスアンダを含む超電導電流路により
   形成された磁束トランスにおいて、該クロスアンダ上に
   形成された超電導電流路と該クロスアンダとの間の短絡
   を防止するための絶縁層が、ペロブスカイト型の結晶構
   造を有するＬａ、ＣａおよびＭｎの複合酸化物薄膜によ
   り形成されていることを特徴とする磁束トランス。