JPH06140679A - Dc-squid - Google Patents

Dc-squid

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JPH06140679A
JPH06140679A JP4289823A JP28982392A JPH06140679A JP H06140679 A JPH06140679 A JP H06140679A JP 4289823 A JP4289823 A JP 4289823A JP 28982392 A JP28982392 A JP 28982392A JP H06140679 A JPH06140679 A JP H06140679A
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JP
Japan
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transformer
squid
ring
film
thin film
Prior art date
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Application number
JP4289823A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Arakawa
彰 荒川
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize a transformer, and shorten the distance to a SQUID ring, and achieve the equalization of transformer property by forming the transformer by a film, and providing it on the same substrate as a SQUID ring. CONSTITUTION:A SQUID ring 3 and a transformer are provided on a common quartz substrate 60. The SQUID ring 3 is made of a lower electrode 31, an insulating layer 34, an upper electrode 33, and a bridge 34 astride both surfaces of the upper electrode 33 and the lower electrode 31. Moreover, the transformer is fully made of a film, and has a four-layer structure. That is, it has an insulating layer 41, an Nb film 42, an insulating film 43, and an Nb film 44 in order starting with its innermost layer. Furthermore, the transformer can be made by patterning a film, using photolithography technology.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば生体磁気計測や
超微小磁束計等に用いられるDC−SQUIDに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-SQUID used, for example, in biomagnetism measurement and ultra-fine magnetometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】DC−SQUIDにおいては、一般に、
図5にその変調型の回路構成例を示すように、磁束ロッ
ク回路と称される計測回路が用いられる。この回路で
は、ピックアップコイル1で拾われ、入力コイル2を介
してSQUIDリング3に伝達された磁束が、SQUI
Dリング3によって電圧に変換される。この電圧信号は
トランス4を介して増幅器5に入力された後、位相検波
器6を経て積分器7に導入される。積分器7の出力は帰
還抵抗8、モジュレーションコイル9を介してSQUI
Dリング3にフィードバックされる。
2. Description of the Related Art In DC-SQUID, generally,
As shown in the modulation type circuit configuration example in FIG. 5, a measurement circuit called a magnetic flux lock circuit is used. In this circuit, the magnetic flux picked up by the pickup coil 1 and transmitted to the SQUID ring 3 via the input coil 2 is SQUID.
It is converted into a voltage by the D ring 3. This voltage signal is input to the amplifier 5 via the transformer 4, and then introduced to the integrator 7 via the phase detector 6. The output of the integrator 7 is SQUI via the feedback resistor 8 and the modulation coil 9.
It is fed back to the D ring 3.

【0003】また、発振器10からの交流電流がモジュ
レーションコイル9に流されるとともに、この交流電流
は位相検波器6に供給されており、この位相検波器6に
よって、増幅器5による増幅後のSQUIDリング3の
出力電圧が位相検波される。
Further, an alternating current from the oscillator 10 is supplied to the modulation coil 9, and the alternating current is supplied to the phase detector 6, and the phase detector 6 causes the SQUID ring 3 after amplification by the amplifier 5. The output voltage of is detected by phase.

【0004】このようなAM変調〜復調を行うことによ
って、増幅器6の雑音の影響が除去される。トランス4
はSQUIDリング3の低い出力インピーダンスと増幅
器6の高い入力インピーダンスを整合し、かつ、信号を
増幅する機能を有している。
By performing such AM modulation to demodulation, the influence of noise of the amplifier 6 is removed. Transformer 4
Has the function of matching the low output impedance of the SQUID ring 3 with the high input impedance of the amplifier 6 and amplifying the signal.

【0005】以上のようなDC−SQUIDにおいて、
SQUIDリング3は従来、図6に例示するように、入
力コイル2とともに、石英等の基板50上にフォトリソ
グラフィ技術を用いてNb薄膜をパターニングすることに
よって作成される。
In the above DC-SQUID,
As shown in FIG. 6, the SQUID ring 3 is conventionally formed by patterning an Nb thin film together with the input coil 2 on a substrate 50 such as quartz using a photolithography technique.

【0006】一方、トランス4は、従来、図7に例示す
るように、ベークライト等の円柱体の回りにNb-Ti 線ま
たはCu線を巻いて作成されるのが一般的である。
On the other hand, conventionally, the transformer 4 is generally formed by winding a Nb-Ti wire or a Cu wire around a cylindrical body such as Bakelite as illustrated in FIG.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のD
C−SQUIDによると、トランス4が大型となり、装
置の小型化を阻害する要因となっているとともに、SQ
UIDリング3とトランス4との間の距離が長く、DC
−SQUIDの出力にノイズが乗る原因ともなってい
る。また、トランス4は手によって巻かれるため、特性
を均一化することが困難であり、更にはSQUIDリン
グ3とトランス4との接続に手間がかかるという問題が
あった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
According to C-SQUID, the transformer 4 becomes large, which is a factor that hinders downsizing of the device.
The distance between the UID ring 3 and the transformer 4 is long, and DC
-It is also a cause of noise on the output of the SQUID. Further, since the transformer 4 is wound by hand, it is difficult to make the characteristics uniform, and further, it takes a lot of time to connect the SQUID ring 3 and the transformer 4.

【0008】本発明はこのような問題点を一挙に解決す
ることを目的としている。
The present invention aims to solve such problems all at once.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のDC−SQUIDは、トランス4が薄膜に
よって形成され、かつ、SQUIDリング3と同一の基
板上に形成されていることによって特徴づけられる。
To achieve the above object, in the DC-SQUID of the present invention, the transformer 4 is formed of a thin film and is formed on the same substrate as the SQUID ring 3. Characterized.

【0010】[0010]

【作用】トランスは、薄膜をフォトリソグラフィ技術を
用いて、パターニングすることによって作成することが
可能である。そこで、この薄膜製のトランスを、SQU
IDリングと同一の基板上に形成すると、小型化、SQ
UIDリングとトランス間の距離の短縮化、特性の均一
化、更にはSQUIDリングとの接続の容易かを一挙に
達成できる。
The transformer can be formed by patterning a thin film using the photolithography technique. Therefore, this thin film transformer is
Smaller size and SQ when formed on the same substrate as the ID ring
The distance between the UID ring and the transformer can be shortened, the characteristics can be made uniform, and the connection with the SQUID ring can be easily achieved at once.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明実施例の要部であるSQUID
リング3とトランス4の近傍の構造を示す断面図であ
る。なお、この実施例では、全体の回路構成は図5と同
等である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a SQUID which is a main part of an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure near a ring 3 and a transformer 4. In this embodiment, the overall circuit configuration is the same as that shown in FIG.

【0012】SQUIDリング3とトランス4は、共通
の石英基板60の上に形成されている。この例において
SQUIDリング3は、下部電極31の上に絶縁層32
を介して上部電極33が形成され、その上部電極33と
下部電極31の双方の表面に跨がるようにブリッジ34
が形成された、いわゆる準平面型のDC−SQUIDリ
ングであり、この構造は公知であり、ここではより詳細
な説明を省略する。
The SQUID ring 3 and the transformer 4 are formed on a common quartz substrate 60. In this example, the SQUID ring 3 includes an insulating layer 32 on the lower electrode 31.
The upper electrode 33 is formed via the bridge 34 so as to extend over the surfaces of both the upper electrode 33 and the lower electrode 31.
It is a so-called quasi-plane type DC-SQUID ring having a structure formed therein, and its structure is well known, and a more detailed description thereof will be omitted here.

【0013】トランス4は、その全体が薄膜によって形
成されており、4層構造を有している。すなわち、その
最内層に設けられたSiO2等からなる絶縁層41の外周面
が、全面的にNb薄膜42で覆われ、これらによって超電
導ボビン40が形成されている。Nb薄膜42の外周面は
更に全面的に絶縁層43で覆われ、その絶縁膜43の周
囲にNb薄膜44をパターニングしてなる1次および2次
の巻線が形成されている。このNb薄膜44による巻線構
造は、図2に巻線のみを抽出して斜視図で示すような構
造であり、図7に示した従来のトランスと同等のスパイ
ラル構造となっているとともに、1次と2次の巻線の両
端は、基板60の表面に形成された薄膜製の配線45,
46を介してそれぞれSQUIDリング3と増幅器6に
接続される。
The transformer 4 is entirely formed of a thin film and has a four-layer structure. That is, the outer peripheral surface of the insulating layer 41 made of SiO 2 or the like provided in the innermost layer is entirely covered with the Nb thin film 42, and these form the superconducting bobbin 40. The outer peripheral surface of the Nb thin film 42 is further entirely covered with an insulating layer 43, and primary and secondary windings formed by patterning the Nb thin film 44 are formed around the insulating film 43. The winding structure of the Nb thin film 44 has a structure as shown in a perspective view in which only the winding is extracted in FIG. 2, and has a spiral structure equivalent to that of the conventional transformer shown in FIG. Both ends of the secondary and secondary windings are thin-film wiring 45 formed on the surface of the substrate 60,
Via S46, they are connected to the SQUID ring 3 and the amplifier 6, respectively.

【0014】このような本発明実施例の構造によると、
トランス4が薄膜によって形成され、しかもSQUID
リング3と同一の基板上に形成されているため、トラン
ス4が小型化され、SQUIDリング3との距離が大幅
に短縮化される。また、トランス4は後述するようにフ
ォトリソグラフィ技術を用いて作成されるため、その特
性が均一化されるとともに、SQUIDリング3との接
続のための配線をも、これらの製造工程において同時に
形成することが可能となる。
According to the structure of the embodiment of the present invention,
The transformer 4 is formed of a thin film, and the SQUID
Since it is formed on the same substrate as the ring 3, the transformer 4 is downsized and the distance from the SQUID ring 3 is greatly shortened. Further, since the transformer 4 is formed by using a photolithography technique as described later, its characteristics are made uniform, and a wiring for connection with the SQUID ring 3 is simultaneously formed in these manufacturing steps. It becomes possible.

【0015】また、以上の実施例において注目すべき点
は、Nb薄膜42を用いた超電導ボビン40の周囲に、同
じく超電導体であるNb薄膜44を用いた巻線を施した点
にあり、自己インダクタンスが大きく、しかも、1次側
と2次側の相互インダクタンスが大きくなり、結合係数
を0.9以上と高くすることが可能となって、電圧増幅
率を大きくすることができるという利点がある。
Further, a point to be noted in the above-mentioned embodiments is that a winding using the Nb thin film 44 which is also a superconductor is provided around the superconducting bobbin 40 using the Nb thin film 42. The inductance is large, the mutual inductance between the primary side and the secondary side is large, the coupling coefficient can be increased to 0.9 or more, and the voltage amplification factor can be increased. .

【0016】次に、以上のような構造を持つ本発明実施
例の製造方法について述べる。図3はその工程を素子の
模式的断面図によって順に示した説明図である。まず、
(A)に示すように、石英基板60の表面にNb薄膜を形
成して、フォトリソグラフィ技術によってパターニング
することにより、SQUIDリング3の下部電極31と
トランス4の巻線の下方部分44aを形成する。このと
き、図示は省略するが、トランス4の巻線とSQUID
リング3との間の接続用配線等を同時に形成しておく。
Next, the manufacturing method of the embodiment of the present invention having the above structure will be described. 3A to 3C are explanatory views showing the steps in order with schematic cross-sectional views of the element. First,
As shown in (A), a Nb thin film is formed on the surface of the quartz substrate 60 and patterned by photolithography to form the lower electrode 31 of the SQUID ring 3 and the lower portion 44a of the winding of the transformer 4. . At this time, although not shown, the winding of the transformer 4 and the SQUID
The wiring for connection with the ring 3 and the like are formed at the same time.

【0017】次に、その上方から絶縁膜を形成してパタ
ーニングすることにより、(B)に示すようにSQUI
Dリング3の絶縁層32と、トランス4のボビン40と
巻線との間の絶縁層43の下方部分43aを形成する。
Next, by forming an insulating film from above and patterning it, as shown in FIG.
The insulating layer 32 of the D ring 3 and the lower portion 43a of the insulating layer 43 between the bobbin 40 and the winding of the transformer 4 are formed.

【0018】その後、その上方からNb薄膜を形成してパ
ターニングすることにより、(C)に示すようにSQU
IDリング3の上部電極33と、トランス4のボビン4
0の外周を覆うNb薄膜42の下方部分42aを形成す
る。
After that, an Nb thin film is formed from above and patterned to obtain SQU as shown in (C).
The upper electrode 33 of the ID ring 3 and the bobbin 4 of the transformer 4
A lower portion 42a of the Nb thin film 42 that covers the outer periphery of 0 is formed.

【0019】次に、更にその上方から絶縁膜を形成して
パターニングすることで、(D)に示すようにトランス
4の最内層の絶縁層41を形成する。その後、その上に
Nb薄膜を形成してパターニングすることにより、(E)
示すようにSQUIDリング3のブリッジ34と、トラ
ンス4のボビン40の外周を覆うNb薄膜42の側方部分
および上方部分42bを形成する。
Next, an insulating film is further formed from above and patterned to form the innermost insulating layer 41 of the transformer 4 as shown in (D). Then on it
By forming and patterning Nb thin film, (E)
As shown, the bridge 34 of the SQUID ring 3 and the lateral and upper portions 42b of the Nb thin film 42 that covers the outer circumference of the bobbin 40 of the transformer 4 are formed.

【0020】次に、更にその上に絶縁膜を形成してパタ
ーニングし、(F)に示すようにトランス4のボビンと
巻線との間の絶縁層43の側方部分および上方部分43
bを形成する。
Next, an insulating film is further formed thereon and patterned, and as shown in (F), a lateral portion and an upper portion 43 of the insulating layer 43 between the bobbin of the transformer 4 and the winding wire.
b is formed.

【0021】最後に、その上からNb薄膜を形成してパタ
ーニングし、(G)に示すようにトランス4の巻線の側
方部分と上方部分44bを形成することによって、図1
に示した構造のSQUIDリング3とトランス4が得ら
れる。
Finally, an Nb thin film is formed and patterned from above, and the side portion and the upper portion 44b of the winding of the transformer 4 are formed as shown in FIG.
The SQUID ring 3 and the transformer 4 having the structure shown in FIG.

【0022】なお、以上の実施例では、トランス4の巻
線を超電導ボビン40の周囲にスパイラル状に設けた例
を示したが、超電導ボビン40、つまりNb薄膜42およ
び絶縁層43は無くてもよく、絶縁層41の周囲に直接
巻線を形成してもよい。
In the above embodiments, the winding of the transformer 4 is provided around the superconducting bobbin 40 in a spiral shape. Of course, the winding may be formed directly around the insulating layer 41.

【0023】また、トランス4の巻線は上記のようにNb
をはじめとする超電導体薄膜に限定されず、例えばAu等
の常電導体薄膜であってもよい。更に、トランス4の構
造としては、上記の実施例の構造のほか、図4に概念的
に斜視図で示すように、基板60の表面に1次配線40
1と2次配線402を施した平面状の構造でもよい。
The winding of the transformer 4 is Nb as described above.
Not limited to the superconductor thin film including, but may be a normal conductor thin film such as Au. Further, as the structure of the transformer 4, in addition to the structure of the above-described embodiment, as shown in a conceptual perspective view in FIG.
A planar structure having the primary wiring 402 and the secondary wiring 402 may be used.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
DC−SQUIDのSQUIDリングと増幅器との間に
介在させるトランスを、薄膜によって形成し、しかもS
QUIDリングと同一の基板状に形成しているので、ト
ランスの小型化、トランスとSQUIDリングとの間の
距離の短縮化、トランスの特性の均一化、およびSQU
IDリングとトランス間の接続配線作業の簡素化を図る
ことができる。
As described above, according to the present invention,
The transformer interposed between the SQUID ring of DC-SQUID and the amplifier is formed of a thin film, and
Since it is formed on the same substrate as the QUID ring, the size of the transformer is reduced, the distance between the transformer and the SQUID ring is shortened, the characteristics of the transformer are made uniform, and the SQUI
Connection wiring work between the ID ring and the transformer can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明実施例のSQUIDリング3とトランス
4の近傍の構造を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a structure in the vicinity of a SQUID ring 3 and a transformer 4 according to an embodiment of the present invention.

【図2】そのトランス4の巻線部分を抽出して示す斜視
FIG. 2 is a perspective view showing a winding portion of the transformer 4 in an extracted manner.

【図3】図1の構造を得るための製造工程の説明図3 is an explanatory view of a manufacturing process for obtaining the structure of FIG.

【図4】本発明の他の実施例のトランスの構造を概念的
に示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view conceptually showing the structure of a transformer according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明が適用されるDC−SQUIDの全体回
路構成図
FIG. 5 is an overall circuit configuration diagram of a DC-SQUID to which the present invention is applied.

【図6】従来のDC−SQUIDに用いられるSQUI
Dリングの構造を示す外観図
FIG. 6 is an SQUI used in a conventional DC-SQUID.
External view showing the structure of the D ring

【図7】同じく従来のDC−SQUIDに用いられるト
ランスの構造を示す外観図
FIG. 7 is an external view showing the structure of a transformer used in the conventional DC-SQUID.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 SQUIDリング 31 下部電極 32 絶縁層 33 上部電極 34 ブリッジ 4 トランス 40 超電導ボビン 41 絶縁層 42 Nb薄膜 43 絶縁層 44 Nb薄膜(1次および2次巻線) 3 SQUID ring 31 Lower electrode 32 Insulating layer 33 Upper electrode 34 Bridge 4 Transformer 40 Superconducting bobbin 41 Insulating layer 42 Nb thin film 43 Insulating layer 44 Nb thin film (primary and secondary winding)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導ループ内に2つのジョセフソン接
合部を有してなる超電導体薄膜製のSQUIDリングの
出力を、トランスを介して計測回路に導くDC−SQU
IDにおいて、上記トランスが薄膜によって形成され、
かつ、上記SQUIDリングと同一の基板上に形成され
ていることを特徴とするDC−SQUID。
1. A DC-SQUI that guides the output of a SQUID ring made of a superconductor thin film having two Josephson junctions in a superconducting loop to a measuring circuit via a transformer.
In ID, the transformer is formed of a thin film,
A DC-SQUID formed on the same substrate as the SQUID ring.
JP4289823A 1992-10-28 1992-10-28 Dc-squid Pending JPH06140679A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013517706A (en) * 2010-01-15 2013-05-16 ディー−ウェイブ システムズ,インコーポレイテッド System and method for superconducting integrated circuits

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