JPH045351B2 - - Google Patents
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- JPH045351B2 JPH045351B2 JP60065843A JP6584385A JPH045351B2 JP H045351 B2 JPH045351 B2 JP H045351B2 JP 60065843 A JP60065843 A JP 60065843A JP 6584385 A JP6584385 A JP 6584385A JP H045351 B2 JPH045351 B2 JP H045351B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ジヨゼフソン接合を薄膜によつて形
成するようにした薄膜超伝導量子干渉素子に関す
る。
成するようにした薄膜超伝導量子干渉素子に関す
る。
（従来の技術）
超伝導体の弱い部分をジヨゼフソン接合とい
い、この弱い接合部分を含むリングを一般に超伝
導量子干渉素子（Superconducting Quantum
Interference Devices：以下、SQUIDと記す）
と呼んでいる。このSQUIDは、高感度の磁気セ
ンサであつて、磁束計、電流計、低温用温度計
等、各種の分野に応用が可能である。
い、この弱い接合部分を含むリングを一般に超伝
導量子干渉素子（Superconducting Quantum
Interference Devices：以下、SQUIDと記す）
と呼んでいる。このSQUIDは、高感度の磁気セ
ンサであつて、磁束計、電流計、低温用温度計
等、各種の分野に応用が可能である。
従来、SQUIDにおいて、その感度向上のため
に、超伝導リングを並列にしてインダクタンスを
下げるという手法がとられている（例えばJ.E.
Zimmerman：J.Appl.Phys.42（1971）pp.4483〜
4487）。
に、超伝導リングを並列にしてインダクタンスを
下げるという手法がとられている（例えばJ.E.
Zimmerman：J.Appl.Phys.42（1971）pp.4483〜
4487）。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、これ（rf−SQUID）は、ポイ
ントコンタクト・ジヨゼフソン接合を用いたもの
であり、製作が複雑で、しかも機械的安定性に劣
り、それ故に安定な動作を得るのが困難であると
いう問題点があつた。
ントコンタクト・ジヨゼフソン接合を用いたもの
であり、製作が複雑で、しかも機械的安定性に劣
り、それ故に安定な動作を得るのが困難であると
いう問題点があつた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ジヨゼフソン接合部と、この
ジヨゼフソン接合部を含む複数個の超伝導リング
とを薄膜によつて形成し、低インダクタンスなが
ら、外部入力コイルとの磁気的結合を損うことの
ない高感度の薄膜SQUIDを実現することにある。
ので、その目的は、ジヨゼフソン接合部と、この
ジヨゼフソン接合部を含む複数個の超伝導リング
とを薄膜によつて形成し、低インダクタンスなが
ら、外部入力コイルとの磁気的結合を損うことの
ない高感度の薄膜SQUIDを実現することにある。
（問題点を解決するための手段）
前記した問題点を解決する本発明は、超伝導リ
ングを形成する複数個の穴と中央部にジヨゼフソ
ン接合を形成する突起部をもつた穴と、この穴の
周囲に放射状に形成した複数個の放射状穴とを有
する第１、第２の超伝導薄膜と、中央部に穴を有
した絶縁体薄膜とを備え、基板上に前記第１の超
伝導薄膜、絶縁体薄膜、第２の超伝導薄膜の順
で、前記第１、第２の超伝導薄膜に設けられてい
る複数個の穴が互いに重なつて位置するように積
層し、前記超伝導リングを形成する複数個の穴が
電気的に並列になるように接続すると共に、前記
第１、第２の超伝導薄膜に設けられている突起部
を前記絶縁体薄膜に設けられている穴を介して結
合し、ジヨゼフソン接合部を構成するようにした
ことを特徴とするものである。
ングを形成する複数個の穴と中央部にジヨゼフソ
ン接合を形成する突起部をもつた穴と、この穴の
周囲に放射状に形成した複数個の放射状穴とを有
する第１、第２の超伝導薄膜と、中央部に穴を有
した絶縁体薄膜とを備え、基板上に前記第１の超
伝導薄膜、絶縁体薄膜、第２の超伝導薄膜の順
で、前記第１、第２の超伝導薄膜に設けられてい
る複数個の穴が互いに重なつて位置するように積
層し、前記超伝導リングを形成する複数個の穴が
電気的に並列になるように接続すると共に、前記
第１、第２の超伝導薄膜に設けられている突起部
を前記絶縁体薄膜に設けられている穴を介して結
合し、ジヨゼフソン接合部を構成するようにした
ことを特徴とするものである。
（実施例）
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明に係るSQUIDの主要の構成要
素である３層の薄膜の各々を示す平面図、第２図
はこの膜を重ねて薄膜SQUIDを構成した場合の
要部の構成斜視図である。
素である３層の薄膜の各々を示す平面図、第２図
はこの膜を重ねて薄膜SQUIDを構成した場合の
要部の構成斜視図である。
第１図において、１は第１の超伝導薄膜は、２
は低い誘電率をもつた例えばSiO2等からなる絶
縁体薄膜、３は第２の超伝導薄膜である。これら
の各薄膜は、第２図に示すように、薄膜基板上
に、第１の超伝導薄膜１、絶縁体薄膜２、第２の
超伝導薄膜３の順で積層される。
は低い誘電率をもつた例えばSiO2等からなる絶
縁体薄膜、３は第２の超伝導薄膜である。これら
の各薄膜は、第２図に示すように、薄膜基板上
に、第１の超伝導薄膜１、絶縁体薄膜２、第２の
超伝導薄膜３の順で積層される。
第１及び第２の超伝導薄膜１及び３は、何れも
Nb等の超伝導金属でなり、ここでは円形状に構
成されており、周縁部の付近には超伝導リングを
形成する複数個（この例では12個）の穴４及び５
が形成されている。これらの穴４及び５は、各薄
膜１，２，３を積層したとき、互いに重なり合う
ようになつている。又、各穴４及び５には、円周
面に通ずる細い溝４１及び５１が形成されてい
る。
Nb等の超伝導金属でなり、ここでは円形状に構
成されており、周縁部の付近には超伝導リングを
形成する複数個（この例では12個）の穴４及び５
が形成されている。これらの穴４及び５は、各薄
膜１，２，３を積層したとき、互いに重なり合う
ようになつている。又、各穴４及び５には、円周
面に通ずる細い溝４１及び５１が形成されてい
る。
第１、第２の超伝導薄膜１及び３の各中央部に
は、それぞれジヨゼフソン接合を形成するための
突起部６０及び８０を有する穴６及び８が設けら
れている。又、この穴６及び８の周囲には、それ
ぞれ放射状に複数の穴１５及び３５が形成してあ
る。ここで、穴１５は三角形状であり、穴３５は
矩形状で、これらは各薄膜１，２，３を積層した
時、互いに対向しないようになつており、第１と
第２の超伝導薄膜間の静電容量を減らすように機
能する。
は、それぞれジヨゼフソン接合を形成するための
突起部６０及び８０を有する穴６及び８が設けら
れている。又、この穴６及び８の周囲には、それ
ぞれ放射状に複数の穴１５及び３５が形成してあ
る。ここで、穴１５は三角形状であり、穴３５は
矩形状で、これらは各薄膜１，２，３を積層した
時、互いに対向しないようになつており、第１と
第２の超伝導薄膜間の静電容量を減らすように機
能する。
絶縁体薄膜２は、第１、第２の超伝導薄膜１，
３の円形状の直径d1に比べてやや小さな径d2の円
形状であつて、その中央部には、第１の超伝導薄
膜１側に設けられている突起部６０と、第２の超
伝導薄膜３側に設けられている突起部８０とが結
合し、ジヨゼフソン接合が形成できるように穴７
が設けられている。
３の円形状の直径d1に比べてやや小さな径d2の円
形状であつて、その中央部には、第１の超伝導薄
膜１側に設けられている突起部６０と、第２の超
伝導薄膜３側に設けられている突起部８０とが結
合し、ジヨゼフソン接合が形成できるように穴７
が設けられている。
第１図に示すような形状の各薄膜１，２，３
は、第２図に示すように、絶縁体薄膜２を第１、
第２の超伝導薄膜１，３が挾むように、又、第
１、第２の超伝導薄膜１，３に設けられている複
数個の穴４と５が互いに重なつて位置するように
基板上に積層される。そして、第１の超伝導薄膜
１のおいて、溝４１で仕切られた部分４２と、第
２の超伝導薄膜３において、溝５１で仕切られた
部分５２とは、第２図に示すように、第２の超伝
導薄膜３の部分５２が導絶縁体薄膜２を跨いで
（オーバハングして）第１の超伝導薄膜１の部分
４２に電気的に接続されている。他の穴４，５付
近においても同様で、全体として、この例では12
個の場所において接続される。
は、第２図に示すように、絶縁体薄膜２を第１、
第２の超伝導薄膜１，３が挾むように、又、第
１、第２の超伝導薄膜１，３に設けられている複
数個の穴４と５が互いに重なつて位置するように
基板上に積層される。そして、第１の超伝導薄膜
１のおいて、溝４１で仕切られた部分４２と、第
２の超伝導薄膜３において、溝５１で仕切られた
部分５２とは、第２図に示すように、第２の超伝
導薄膜３の部分５２が導絶縁体薄膜２を跨いで
（オーバハングして）第１の超伝導薄膜１の部分
４２に電気的に接続されている。他の穴４，５付
近においても同様で、全体として、この例では12
個の場所において接続される。
第３図及び第４図はジヨゼフソン接合部付近の
要部斜視図で、第３図は単一のジヨゼフソン接合
部を形成させた場合（rf−SQUIDの場合）であ
り、第４図は２つのジヨゼフソン接合部を形成さ
せた場合（dc−SQUIDの場合）である。
要部斜視図で、第３図は単一のジヨゼフソン接合
部を形成させた場合（rf−SQUIDの場合）であ
り、第４図は２つのジヨゼフソン接合部を形成さ
せた場合（dc−SQUIDの場合）である。
第３図では、第１の超導薄膜１側の突起部６０
と、第２の超導薄膜３側の突起部８０とが、絶縁
体薄膜２に設けられている穴７を通して結合し、
ジヨゼフソン接合部を形成している。
と、第２の超導薄膜３側の突起部８０とが、絶縁
体薄膜２に設けられている穴７を通して結合し、
ジヨゼフソン接合部を形成している。
又、第４図では、第１、第２の超伝導薄膜１及
び３の各突起部６０及び８０は、絶縁層２０上に
着膜された超伝導体電極９０にそれぞれ結合し、
２つのジヨゼフソン接合部を形成している。
び３の各突起部６０及び８０は、絶縁層２０上に
着膜された超伝導体電極９０にそれぞれ結合し、
２つのジヨゼフソン接合部を形成している。
第５図は外部磁束を本発明に係る薄膜SQUID
に結合させる場合の説明図である。基板２０上に
構成された本発明の薄膜SQUID１０を、SQUID
のリングと同じ位置に複数の穴２３を有する超伝
導ボビン２１に近接配置する。外部磁束を伝達す
る入力コイル２２は、超伝導ボビン２１の囲りに
巻かれている。超伝導ボビン２１に設けられた複
数個の穴２３には、何れもスリツト２４が入つて
おり、このスリツトを通して薄膜SQUID１０側
へ磁束が供給される。
に結合させる場合の説明図である。基板２０上に
構成された本発明の薄膜SQUID１０を、SQUID
のリングと同じ位置に複数の穴２３を有する超伝
導ボビン２１に近接配置する。外部磁束を伝達す
る入力コイル２２は、超伝導ボビン２１の囲りに
巻かれている。超伝導ボビン２１に設けられた複
数個の穴２３には、何れもスリツト２４が入つて
おり、このスリツトを通して薄膜SQUID１０側
へ磁束が供給される。
第６図はこのように構成した薄膜SQUIDの等
価回路図である。ここでは簡単にするために、穴
４，５の数が何れも４個の場合を例示してある。
価回路図である。ここでは簡単にするために、穴
４，５の数が何れも４個の場合を例示してある。
ジヨゼフソン接合部JCは、複数個の穴で形成
される複数個（Ｎ個：この等価回路ではＮ＝４
個）の超伝導リングが並列に接続されたものとな
る。
される複数個（Ｎ個：この等価回路ではＮ＝４
個）の超伝導リングが並列に接続されたものとな
る。
今、個々の超伝導リングの面積をSnとし、全
リング面積S0＝Ｎ・Snに等しい面積をもつ単一
リングのSQUIDの場合と比較する。
リング面積S0＝Ｎ・Snに等しい面積をもつ単一
リングのSQUIDの場合と比較する。
自己インダクタンスは、リング面積に比例する
ので、Ｎ個の穴を有するSQUIDの場合の自己イ
ンダクタンスLnは、(1)式の通り、単一リングの
ものに比べて１／N2に小さくできる。
ので、Ｎ個の穴を有するSQUIDの場合の自己イ
ンダクタンスLnは、(1)式の通り、単一リングの
ものに比べて１／N2に小さくできる。
Ln＝（α・Sn）／Ｎ＝（α・S0）／N2
＝L0／N2 ……(1)
ここにL0は、面積S0のリングの自己インダク
タンスである。
タンスである。
rf−SQUIDの場合、信号出力Ａは、
Ａ∝１／√という関係にある。従つて、Ｎ個
の穴を有するSQUIDの信号出力Anは、(2)式に示
す通りとなり、単一リングの場合のＮ倍となる。
の穴を有するSQUIDの信号出力Anは、(2)式に示
す通りとなり、単一リングの場合のＮ倍となる。
An∝１／√＝Ｎ／√ ……(2)
この場合、リング面積は変わらないので、外部
磁界に対する感度は、信号が大きくなつた分だけ
増加することとなる。
磁界に対する感度は、信号が大きくなつた分だけ
増加することとなる。
又、dc−SQUIDの場合、固有の磁気ノイズ
（パワー）Sφは、(3)式で与えられる。
（パワー）Sφは、(3)式で与えられる。
Sφ∝kBTL2／Ｒ ……(3)
但し、kB：ボルツマン定数
Ｔ：接合の温度
Ｌ：リングインダクタンス
Ｒ：接合の抵抗
(3)式から明らかなように、リングインダクタン
スＬが小さくなることで、ノイズは減り、Ｓ／Ｎ
を向上できる。
スＬが小さくなることで、ノイズは減り、Ｓ／Ｎ
を向上できる。
更に、一般にSQUIDは、LICφ0（Ｌ：インダ
クタンス、IC：ジヨゼフソン臨界電流値、φ0：
量子磁束）なる関係を満たすことが必要で、イン
ダクタンスＬが小さくなることで、臨界電流値
ICをそれに反比例して大きくすることができる。
臨界電流ICを大きくできるということは、それ
だけジヨゼフソン接合部の製作が容易になること
を意味している。
クタンス、IC：ジヨゼフソン臨界電流値、φ0：
量子磁束）なる関係を満たすことが必要で、イン
ダクタンスＬが小さくなることで、臨界電流値
ICをそれに反比例して大きくすることができる。
臨界電流ICを大きくできるということは、それ
だけジヨゼフソン接合部の製作が容易になること
を意味している。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明は、
SQUID素子を、ヒートサイクルに強い安定な薄
膜ジヨゼフソン接合と、第１、第２の超伝導薄膜
に設けられた複数の穴で形成される複数の超伝導
リングとを結合して構成すると共に、第１、第２
の超伝導薄膜にそれぞれ互いに重ならないように
中央穴の周囲から放射状に延びる複数の放射穴を
形成するようにしたものである。
SQUID素子を、ヒートサイクルに強い安定な薄
膜ジヨゼフソン接合と、第１、第２の超伝導薄膜
に設けられた複数の穴で形成される複数の超伝導
リングとを結合して構成すると共に、第１、第２
の超伝導薄膜にそれぞれ互いに重ならないように
中央穴の周囲から放射状に延びる複数の放射穴を
形成するようにしたものである。
従つて、本発明によれば、第１、第２の超伝導
薄膜の間の静電容量を減らすことが可能となり、
低インダクタンスで、高いＳ／Ｎをもつた高感度
の薄膜SQUIDが実現できる。
薄膜の間の静電容量を減らすことが可能となり、
低インダクタンスで、高いＳ／Ｎをもつた高感度
の薄膜SQUIDが実現できる。
第１図は本発明に係るSQUIDの主要な構成要
素の平面図、第２図はこれらの構成要素を積層し
て構成した薄膜SQUIDの要部の構成斜視図、第
３図及び第４図はジヨゼフソン接合部付近の要部
斜視図、第５図は外部磁束を薄膜SQUIDに結合
させる場合の説明図、第６図は等価回路図であ
る。 １，３……超伝導薄膜、２……絶縁体薄膜、
４，５，７……穴、６０，８０……突起部。
素の平面図、第２図はこれらの構成要素を積層し
て構成した薄膜SQUIDの要部の構成斜視図、第
３図及び第４図はジヨゼフソン接合部付近の要部
斜視図、第５図は外部磁束を薄膜SQUIDに結合
させる場合の説明図、第６図は等価回路図であ
る。 １，３……超伝導薄膜、２……絶縁体薄膜、
４，５，７……穴、６０，８０……突起部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超伝導リングを形成すると共にそれぞれ溝４
１により円周面に通じるように形成された複数個
の穴４と、中央部にジヨゼフソン接合を形成する
突起部６０を持つ穴６とを有すると共に、中央部
穴６の周囲に放射状に形成した複数の穴１５を有
する第１の超伝導薄膜と、 超伝導リングを形成すると共にそれぞれ溝５１
により円周面に通じ前記第１の超伝導薄膜に形成
した複数個の穴４と重なるように形成された複数
個の穴５と、中央部にジヨゼフソン接合を形成す
る突起部８０を持つ穴８とを有すると共に、中央
部穴８の周囲に前記第１の超伝導薄膜に放射状に
形成した複数個の穴１５と重ならないように放射
状に形成した複数個の穴３５とを有する第２の超
伝導薄膜と、 中央部に穴７を有する絶縁体薄膜２とを備え、 基板上に前記第１の超伝導薄膜、絶縁体薄膜、
第２の超伝導薄膜の順で、前記第１、第２の超伝
導薄膜に設けられている複数個の穴４，５が互い
に重なつて位置するように積層し、前記超伝導リ
ングを形成する複数個の穴が電気的に並列になる
ように接続すると共に、前記第１、第２の超伝導
薄膜に設けられている突起部６０，８０を前記前
記絶縁体薄膜に設けられている穴７を介して結合
し、ジヨゼフソン接合部を構成するようにしたこ
とを特徴とする薄膜超伝導量子干渉素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065843A JPS61223678A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 薄膜超伝導量子干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065843A JPS61223678A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 薄膜超伝導量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61223678A JPS61223678A (ja) | 1986-10-04 |
| JPH045351B2 true JPH045351B2 (ja) | 1992-01-31 |
Family
ID=13298695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60065843A Granted JPS61223678A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 薄膜超伝導量子干渉素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61223678A (ja) |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60065843A patent/JPS61223678A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61223678A (ja) | 1986-10-04 |
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