JPH0461179A

JPH0461179A - 磁束計測装置

Info

Publication number: JPH0461179A
Application number: JP2164076A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Miyamoto; 信雄宮本; Hideaki Nakane; 中根　英章; Mikio Hirano; 幹夫平野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-27

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、超電導量子干渉素子（Ｓｕｐｅｒｅｏｎｄｕ
ｅ−ｔｉｎｇ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ
ｃｅ　ＤｅｖｉＣｅ＋以下５ＱＵＩＤ素子と記す）を用
いた磁束計測装置に係り、特に、微小領域の磁束発生源
の検出に好適な小型の磁束計測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の微小磁束検出用の磁束計測装置については、プロ
シーデインゲス　オブ　ザ　アイ・イー・イー・イー、
第７７巻、＆８　（１９８９年）、第１２０８頁〜１２
２３頁（ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ　ＯＦ　ＴＨＥＩＥＥ
Ｅ、　ＶＯＬ、７７、　Ｎｎ８　（ＩＱ８９）、　ｐｐ
、１２０８〜１２２３）　＆：おいて論じられている。

この磁束計測装置は、高感度の磁気センサである５ＱＵ
ＩＤ素子と、磁束を検出する検出コイルと、検出された
磁束を５ＱＵＩＤ素子に導入する入力コイルとで構成さ
れる。

この従来技術について、第５図及び第６図を用いて以下
に述べる。

第５図は、Ｓ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　Ｄ未了３と、超電導薄膜か
らなる入力コイル２とを基板４上に形成している。

ここで、５ＱＵＩＤ素子３は、超電導薄膜からなるリン
グを、２個のジョセフソン接合９で接続して超電導ルー
プを形成する構成となっている。また検出コイルは、石
英製の円筒に超電導線を巻いた円筒型検出コイル１０と
し、この超電導線を基板４上の入力コイル２に接続して
いる。この検出コイル１０は、２組のコイルを差動接続
して構成されており、微分型磁束コイル（あるいは磁束
勾配コイル）と呼ばれるものである。これは、地磁気等
遠方にある発生源からの雑音磁界（−様磁束）に対して
は、２つのコイルに等量の磁束が入るため、差動して打
消し、検出コイル近傍の勾配のある磁界、即ち検出対象
磁束のみを勾配に比例した信号として検出するものであ
る。

第６図は、５ＱＵＩＤ素子３と入力コイル２とを第５図
同様に基板４上に形成し、そしてこの基板４上に超電導
薄膜で形成した検出コイルを平面型検出コイル１１とし
、入力コイル２と超電導薄膜配線で接続している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、まず第５図における従来の磁束計の場
合、検出コイル１０祭直径２ａｍ、長さ５１程度の円筒
に巻き付けた超電導線で構成しηいることから、高精度
にかつ小型化できないという問題点を有していた。した
がって、脳磁針側のように多数の検出コイルと５ＱＵＩ
Ｄ素子からなるマルチチャネル磁束計測装置が必要な場
合、検出コイルの実装密度を高くできず、また位置精度
も向上できないため、外部磁界を高い空間分解能をもっ
て測定できないという問題点を有していた。

また装置が大型になるため、装置の寒剤、例えば液体ヘ
リウムが大量に必要となるという問題点を有していた。

次に第６図における従来の磁束計の場合、５ＱＵＩＤ素
子３と検出コイル１１を同一基板−Ｌに形成して一体化
しているため、第５図従来例と比べて、高精度にかつ小
型化できるという利点がある。

しかし、検出コイル１１を平面りに差動接続して配置し
ているため、微分特性の等方性が良くないという問題点
を有していた。すなわち第６図においてＸ軸方向の微分
特性は良好なものの、Ｙ軸方向では微分特性が得られず
、被測定磁束である勾配磁束と同時に雑音磁界である一
様磁束も検出してしまい、このため被測定磁束発生源を
精度よく検出できないという問題点を有していた。

本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解消し
、等方性のよい微分特性を有し、しかも、位置精度がよ
く小型の検出コイルを備えた磁束計測装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、５ＱＵＩＤ素
子と、外部磁束を検出する検出コイルと、検出された磁
束を５ＱＵＩＤ素子に導入する入力コイルとを具備する
磁束計測装置における検出コイルとして、超電導薄膜よ
り成る少なくとも１ターン以上の巻回数を有する巻線で
構成され、各ターン巻線はそれぞれ下部巻線パターンと
上部巻線パターンとを接続して形成され、下部巻線パタ
ーンは基板上に超電導薄膜でパターン形成され、その上
に立体的に積層形成された非磁性の絶縁膜上に上部巻線
パターンが超電導薄膜でパターン形成されている構成の
検出コイルを用いる。

〔作　　用〕

立体的な薄膜差動コイルとするごとにより、検出コイル
を精度よく小型化できると同時に、従来の円筒型コイル
同様に等方性のよい微分特性が得られ、微小領域の磁束
発生源の検出が容易となる。

さらに、検出コイルの薄膜化により、多数の検出コイル
を同一基板りに位置精度よく形成できることから、マル
チチャネル磁束計測装置を位置精度よく小型化でき、外
部磁界を高い空間分解能で測定できる。また、検出コイ
ルを５ＱＵＩＤ素ｒど同一基板上に一体形成することが
可能になるため、位置精度のよい小型の磁束計測装置が
達成できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面で説明する。

（実施例　１）第１図に実施例１の斜視図を示す。検出コイル】は非磁
性の基板４Ｊ−に立体的に超電導薄膜で形成し、同時に
、入力コイル２とＳ　Ｑ　Ｔ、、Ｊ　Ｉ　Ｉ）素子３も
同一基板」−に超電導薄膜で形成する。

ここで、本実施例による検出コイルの製造方法を、第２
１図（ａ、　）、（ｂ）、（ｅ）に示す断面図製用いて
以トに説明する。

（１）まず、１−面にＳｉ（’）２膜を形成りまたＳ、
ｉ−基板４１．にＮｂ超電導薄膜な形成した後、エツチ
ング技術を用いて、検出コイルの超電導下部巻線パター
ン５４形成した〔第２図（ｄ）〕。以下、薄膜のパター
ン加工は、精度よく微細パターンを形成できるフォトリ
ソグラフィー技術とエツチング技術を用いた。なお、検
出コイル１個が専有する基板の大きさは、０゜５ｍ１Ｘ
１，５−から１０閣×５０１程度であるが、本実施例で
は２　ｍ　Ｘ　６　ｍとした。

（２）ついで、Ｓｉｏ膜を積層して形成し、パターン加
工して、検出コイルの芯６としまた〔第２図（ｂ）〕。

（３）この芯６の上にＮｂ超電導簿膜を形成し、ごｔを
パターン加工して下部巻線パターンと接続せしめるよう
に検出コイルの超電導上部巻線パターン７を形成した。

そして、これらの上部及びド部巻線パターン７．５と芯
６とをもって検出コイル〕を構成した〔第２図（Ｃ）〕
。

なお、この時、Ｓ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　１．）素子：３は検出
Ｉイル〕の作製前に同一・基板ヒに完成させ、人力コイ
ル２は検出コイルのＦ部巻線パターン５の形成時に、同
じＮｂｌ膜を用いて一体形成しまた。

このような構成と１またごとにより、微細か）寸法精度
のよい薄膜パターン加工技術を用いることができるので
、検出コイルを０．５μＩｎ以トの寸法精度で小型化で
きた。また同時に等方性のよい微分特性が得られ、微小
領域の磁束発生源の位置検出が容易になると同時に、高
い空間分解能をもって磁束の測定ができた。

（実施例　２）本発明の第２の実施例を第３図（ａ）〜（ｄ）に示す断
面図を用いて説明する。

（１）まず、Ｓｌ基板４上にフォトリソグラフィー及び
エツチング技術により溝８を形成した〔第３図（ａ）〕
。

（２）ついで基板４上にＮｂ超電導薄膜を形成しまた後
、検出コイルの下部巻線パターン５を形成した〔第３図
（ｂ）〕。

（３）さらにＳ　ｉ　Ｏ，膜を基板上に形成し、パター
ン加工して検出コイルの芯６とした〔第３図（Ｃ）〕。

（４）この芯６の上にＮｂ超電導薄膜を形成し、これを
パターン加工して、下部巻線パターン５と接続せしめる
ように、上部巻線パターン７を形成し、検出コイルを完
成した。

なお、５ＱＵＩＤ素子３と入力コイル２は、検出コイル
作製後に同一基板上に形成した。

本実施例における効果も、実施例１と同様であった。

（実施例　３）本発明の第３の実施例を、第４図に示す平面図を用いて
説明する。これは、第１図に示した第１の実施例による
磁束計側装置を同一基板上に複数個、同時に形成したも
のである。即ち、第１の実施例で述べた立体的な超電導
薄膜コイルで構成される検出コイルの複数個（実施例で
は７個）を、基板４上に等間隔に配置し、入力コイル２
及び５ＱＵＩＤ素子３もそれぞれ同じ複数個ずつ、同一
基板上に配置し、マルチチャネル磁束計測装置としたも
のである。この作製に際してはフォトリソグラフィーと
エツチング技術を用いることができるため、これら多数
の検出コイルを任意の位置に極めて精度よく配置できた
。

本実施例の構成によれば、複数の空間位置での外部磁界
を、高分解能をもって、高精度に測定することができる
。なお、検出コイル群のみを別の基板上に配置する構成
としても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁束の検出に用いる検出コイルの構成
が、リソグラフィー技術とエツチング技術のような微細
かつ寸法精度のよい薄膜パターン加工技術を用いて超電
導薄膜により基板上に立体的に形成できる構成であるこ
とから、０．５μｍ以下の寸法精度をもつ、小型の、し
かも立体構過を備えた検出コイルを実現することが可能
となり、これにより、微分特性の等方性が良く、磁束発
生源の検出が容易であるという、従来の円筒型検出コイ
ルが持つ利点と、高精度にかつ小型化できるという従来
の平面型検出コイルが持つ利点とを兼ね備えた磁束計測
装置とすることができ、脳磁測定やその他の微小領域の
磁束発生源の検出に適用して、検出を容易にし、かつ、
高い空間分解能で高精度な磁束測定を可能にする効果が
ある。

また、第２の本発明による、検出コイルと５ＱＵＩＤ素
子と入力コイルとを同一基板上に一体的に形成する構成
によれば、上記した効果に加えて、さらに、安定性のよ
い磁束測定を可能とするとともに、装置全体を極めて小
型にでき、従来の円筒型検出コイルを用いる場合の、冷
却用の寒剤が大量に必要になるという問題点をも解消で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例］の磁束計測装置の要部を示す
斜視図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施例１の検
出コイルの製造工程を示す断面図、第３図（ａ）、（ｂ
）、（ｅ）、（ｄ）は本発明の実施例２の検出コイルの
製造］′、程を示す断面図、第４図は本発明の実施例３
のマルチチャネル磁束計測装置を示す平面図、第５図、
第６図はそれぞれ従来技術を示す斜視図である。〈符号の説明〉１・・・検出コイル３・・・５ＱＵＩＤ素子５・・・基部巻線パターン７・・・上部巻線パターン９・・・ジョセフソン接合１１・・・平面型検出コイル２・・・入力コイル４・・・基板６・・検出コイルの芯８・・・溝１０・・円筒型検出コイル

Claims

【特許請求の範囲】１、超電導量子干渉素子と、磁束を検出する検出コイル
と、検出された磁束を超電導量子干渉素子に導入する入
力コイルとを具備する磁束計測装置において、上記検出
コイルは、超電導薄膜より成る少なくとも１ターン以上
の巻回数を有する巻線で構成され、各ターン巻線はそれ
ぞれ下部巻線パターンと上部巻線パターンとを接続して
形成され、下部巻線パターンは基板上に超電導薄膜でパ
ターン形成され、その上に立体的に積層形成された非磁
性の絶縁膜上に上部巻線パターンが超電導薄膜でパター
ン形成されていることを特徴とする磁束計測装置。２、請求項１記載の検出コイルは、前記超電導量子干渉
素子及び前記入力コイルと同一基板上に一体的に形成さ
れていることを特徴とする磁束計測装置。