JPH08186300A - 酸化物squid用ピックアップコイル - Google Patents

酸化物squid用ピックアップコイル

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JPH08186300A
JPH08186300A JP6326728A JP32672894A JPH08186300A JP H08186300 A JPH08186300 A JP H08186300A JP 6326728 A JP6326728 A JP 6326728A JP 32672894 A JP32672894 A JP 32672894A JP H08186300 A JPH08186300 A JP H08186300A
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JP
Japan
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coil
squid
pickup coil
superconducting
pickup
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JP6326728A
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English (en)
Inventor
一正 ▲高▼木
Kazumasa Takagi
Yoshinobu Taruya
良信 樽谷
Haruhiro Hasegawa
晴弘 長谷川
Tokumi Fukazawa
徳海 深沢
Nobuyuki Sugii
信之 杉井
Takanori Kabasawa
宇紀 樺沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】可撓性の基体上に酸化物超伝導膜を作製し、パ
ターニングを行い、その後、基体を切断・曲げ加工する
ことでピックアップコイルを形成する。入力コイルの接
続端子とピックアップコイルの接続端子の間は、入力コ
イル側に凹部もしくは突起を有する超伝導接続端子に可
撓性のピックアップコイル側の超伝導面を押しつける。 【効果】脆弱な酸化物超伝導体で一次および二次微分型
ピックアップコイルが作製でき、ピックアップコイルと
SQUIDの入力コイルの間で超電導接続を冷却・昇温
を繰り返した後も実現し、高温でのグラジオメータとし
てのSQUID利用が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超電導体を用いた
磁気センサ(超電導量子干渉素子:SQUID)に係り、特
に、磁気検出に必要な微分型ピックアップコイルに関す
る。
【0002】
【従来の技術】超電導体からなるエレクトロニクス素子
の中で、超電導量子干渉素子:SQUIDは極めて微弱な磁
気を検出する素子であり、心臓や脳の活動を調べるため
の生体磁気測定や材料欠陥検出などの評価に用いられて
いる。これまでのSQUIDは、使用温度が低いニオブ
や鉛などの金属系超電導材料を用いてきたため、液体ヘ
リウムを使用しなければならず、高感度磁気センサとし
ての性能は有しているにもかかわらず利用分野が限られ
ていた。
【0003】しかし、近年発見された超電導転移温度が
液体窒素温度を超える酸化物超電導体をSQUIDに用
いることができれば、幅広い応用分野が開けるものと期
待されている。基板の段差を利用した弱結合型ジョセフ
ソン接合作製技術などの新しい技術の開発により、SQ
UIDそのものの性能は心臓活動に伴う磁場を容易に検
出できるレベルに到っている。一方、実際にSQUID
を使用する場合、磁気シールド室内の磁気遮蔽された環
境で使用する場合を除いて、多くの応用は静磁場が存在
する環境で材料などの磁化の変化を検出する例が多い。
【0004】この場合、静磁場をキャンセルし、磁化の
空間的変化を検出するために図5に示すように微分型ピ
ックアップコイル51を用いる。このピックアップコイ
ル及びSQUID52 に信号を伝達する入力コイル53は磁気
検出感度を高めるために超伝導材料で作製し、その接続
も超伝導接続ができている必要がある。また、高温で動
作させるにはピックアップコイル51および入力コイル
53全てを高温超伝導体で作製する必要がある。極低温
で使用する金属系超電導材料の場合は金属線で微分型ピ
ックアップコイルを比較的容易に作製でき、超伝導接続
もニオブや鉛などの金属細線によるボンディングで可能
であるが、酸化物の場合には大きな問題がある。
【0005】すなわち、脆弱な酸化物超伝導体で細いコ
イルを作ることは難しい。現在、金属シース線が作られ
ているが、直径1mm以下の線が全部にわたって均一な超
伝導特性を示し、さらに金属シース線と、酸化マグネシ
ウムやチタン酸ストロンチウム基板上のSQUIDチッ
プをシース材料の常伝導金属を介して超伝導状態で接続
しなければならない。線状のピックアップコイルを用い
ないでコイルをSQUIDと同じ基板上に設ける方法は、ア
プライド・フィジックス・レター,57巻1990年4
06ページ(Appl. Phys. Lett. 5
7 (1990) 406)ジャーナルに報告されてい
る。しかし、材料評価のための計測のように励磁場状態
で測定する場合にはこの方法は向かない。一方、ガラス
円筒上に形成した超伝導薄膜をホトリソグラフィ技術を
使って加工し、コイル形状にする例がアイトリプルイー
・エレクトロン・デバイス・レター1994年15巻1
号19ページ(IEEE Electron Devicelett. 15 (1994)1
9.)に報告されている。しかし、これはニオブを加工し
たもので、接続などでは金属系超伝導体の技術を適用し
ており、酸化物を対象にすることはできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5に示したピックア
ップコイルは直径が30mm,SQUIDからの距離が1
00mm以上ある。一方、SQUIDおよび入力コイルは
1mm以下の寸法であるため、同じ薄膜形成技術を両者に
適用することはできない。
【0007】本発明の目的は薄膜技術を利用して酸化物
超伝導体のピックアップコイルを作製し、これをSQU
IDの入力コイルに超伝導状態で接続することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では先ず、広面積の膜を形成するのに適した
方法で、可撓性の基体上に酸化物超伝導膜を作製する。
薄膜にホトリソグラフィとエッチング技術によってパタ
ーニングを行い、その後、基体を切断・曲げ加工するこ
とでピックアップコイルの形状を実現する。入力コイル
はSQUID本体と同じ、もしくは別の単結晶基板上に
積層構造で作製する。入力コイルの接続端子とピックア
ップコイルの接続端子の間は、入力コイル側に凹部もし
くは突起を有する超伝導接続端子に可撓性のピックアッ
プコイル側の超伝導面を押しつけることで、超伝導接続
を実現した。
【0009】
【作用】加工可能な可撓性の基体を使用することで、一
枚の基体から一次および二次微分型ピックアップコイル
を作製することができる。また、超伝導面間の接続は一
方を変形させることで、接触面積を大きくでき、かつ、
位置ずれを防止することが可能になる。これは低温に冷
却した際の熱収縮に起因した位置ずれが防げることを意
味している。
【0010】
【実施例】
(実施例 1)本発明に使用したSQUIDは面方位
(100),厚さ0.7mm ,10mm角のチタン酸ストロ
ンチウム(SrTiO3:STO)基板上に作製した。図
1の工程図に示すように(a)(b)チタン酸ストロン
チウム基板1にホトリソグラフィとイオンビームエッチ
ングにより、200nmの段差2を設けた。(c)(d)
この上にYBa2Cu37-X(YBCO)薄膜3をパルス
レーザ蒸着法で300nm形成し、段差部分が接合部に
なるようにホトリソグラフィとイオンビームエッチング
により、ケッツェン型のSQUIDパターンを形成し
た。ワッシャー型リング4の中央ホールの大きさは20
μmである。(e)(f)ワッシャー型リング4の上部
を覆うようにSTO薄膜5を100nm,YBCO薄膜
6を300nmパルスレーザ蒸着法で形成、微細加工技
術で入力コイルの形状を作製した。(g)再びSTO薄膜
7を100nm,YBCO薄膜を300nmパルスレー
ザ蒸着法で形成し、入力コイルの配線8とした。SQU
IDのバイアス電流端子,出力端子の接続部9は100
μm角の大きさである。一方、入力コイルの端子部10
は1mm角とし、YBCO薄膜を形成する度に積層を重
ね、膜厚は900nmになっている。(h)各接続部に
金を10nm蒸着した。
【0011】なお、入力コイルの端子部に該当する個所
の基板には深さ100μm,直径0.8mm の窪み11を
予め形成した。図1(h)のA−A′の個所の断面図を
図1(i)に示す。なお、図1の大きさは実際の寸法を
反映したものではない。
【0012】次にピックアップコイルの作製方法につい
て図2で説明する。600℃に加熱した厚さ40μmの
銀テープ21にスプレーパイロリシス法により、先ず、
STO膜22を厚さ0.5μm に形成し、800℃に
加熱して結晶性と絶縁性を高めた。次にYBCO薄膜2
3を1μm形成した。成膜後、酸素気流中で800℃に
加熱し、超伝導転移温度が80Kの比較的平坦な膜を得
ることができた。
【0013】銀テープの大きさは幅10cm,長さ30cm
で、成膜は銀テープを移動させ連続的に行うものであ
る。
【0014】このYBCO薄膜23に写真露光と酸によ
るエッチングを行い、STO膜22を残して幅1mmの線
状パターンを形成し、図2に示す一次微分コイルのため
のパターン24を作製した。また、ピックアップコイル
の端子部25に金を10nm蒸着した。その後、銀テー
プ21を円筒状に曲げることにより、一次微分コイル2
6とした。
【0015】SQUIDチップ31を図3に示すように
銅製のホルダ32に固定し、この上に一次微分ピックア
ップコイル26の端子部25が入力コイルの端子部10
に重なるように、ピックアップコイルを固定する。その
後、ピックアップコイルの銀の面から押さえ治具33で
端子部を押さえ、銀テープが変形した状態で両者を接触
させた。これにより、SQUIDの入力コイルとピック
アップコイルの超伝導接続をとることができた。
【0016】この状態でSQUID計を液体窒素中に入
れ、磁場計測を行った。SQUIDには1/2Φ0 の入
力磁束の変化に対応して、出力電圧が約10μVから約
60μVの間で変化するようにSQUIDのバイアス電
流を設定した。その結果、SQUIDへの磁束伝達率は
2×103 になっており、材料評価に十分使用できるこ
とが明らかになった。
【0017】(実施例 2)実施例1に用いたSQUI
Dを使用し、二次微分型ピックアップコイルとの接続を
図った。二次微分型ピックアップコイルの作製法を図4
に示す。二次微分型コイルを一枚の超電導膜で作製する
場合は、リード線41の一方を逆方向に曲げ、SQUI
Dと接続するために180°捩じる必要がある。
【0018】(実施例 3)実施例1の場合とは異な
り、一次微分型ピックアップコイルの曲げ方向を逆に
し、超電導膜が筒の内側になるようにした。この場合、
図6に示すようにSQUID61 が筒62の内側になるので磁
束計を小さく組み立てることができた。
【0019】実施例ではYBa2Cu37-X を超電導材
料として用いたが、本発明は他のY系,Bi系材料,T
l系を含め材料を問わずに適用できることは明らかであ
る。また、ピックアップコイルとSQUIDが同じ超電
導材料である必要はない。さらに可撓性基体に銀テー
プ,絶縁層にチタン酸ストロンチウムを用いたが、これ
らも他の耐熱性を有する可撓性材料および絶縁材料であ
れば何ら問題はない。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば細線を作ることが難しい
脆弱な酸化物超伝導体で一次および二次微分型ピックア
ップコイルを作製することができる。また、可撓性の基
体を使用することで、ピックアップコイルとSQUID
の入力コイルの間で超電導接続を冷却・昇温を繰り返し
た後も実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いたSQUIDの作製工程を示す断
面図。
【図2】ピックアップコイルの作製方法を示す説明図。
【図3】SQUIDチップと微分ピックアップコイルの
接続を示す説明図。
【図4】二次微分型ピックアップコイルの作製法を示す
説明図。
【図5】SQUIDの使用方法を示す説明図。
【図6】曲げ方向を逆にした一次微分型ピックアップコ
イルの作製方法を示す断面図。
【符号の説明】
26…一次微分コイル、31…SQUIDチップ、32
…銅製のホルダ、33…押さえ治具。
フロントページの続き (72)発明者 深沢 徳海 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 杉井 信之 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 樺沢 宇紀 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一枚の可撓性基体上に酸化物超電導膜を形
    成し、前記酸化物超電導膜にパターンを形成し、前記可
    撓性基体を円筒状に曲げ、SQUID用微分コイルの形
    状にし、前記SQUID用微分ピックアップコイルに接
    続すべき、前記酸化物SQUIDの基板に凹部もしくは突起
    部を設け、前記凹部もしくは突起部に前記SQUIDの
    入力コイルの接続端子部を作製し、前記入力コイルの接
    続端子部に前記SQUID用微分ピックアップコイルの接続
    端子部を一致させ、これを機械的に変形させることで超
    伝導接続を実現することを特徴とする酸化物SQUID
    用ピックアップコイル。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記SQUIDの入力
    コイルが前記SQUIDとは別の基板上に形成されてお
    り、前記基板と酸化物SQUID用ピックアップコイル
    が接続されている酸化物SQUID用ピックアップコイ
    ル。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記入力コイ
    ルの接続端子部,前記SQUID用微分ピックアップコ
    イルの接続端子部の少なくとも一方の表面に貴金属が蒸
    着されている酸化物SQUID用ピックアップコイル。
JP6326728A 1994-12-28 1994-12-28 酸化物squid用ピックアップコイル Pending JPH08186300A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005535134A (ja) * 2002-08-07 2005-11-17 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション 超電導量子干渉装置
CN1327537C (zh) * 2001-05-07 2007-07-18 独立行政法人科学技术振兴机构 量子干涉型磁通计的制造方法
JP2012026788A (ja) * 2010-07-21 2012-02-09 Japan Oil Gas & Metals National Corp 地下資源探査用磁気センサ

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CN1327537C (zh) * 2001-05-07 2007-07-18 独立行政法人科学技术振兴机构 量子干涉型磁通计的制造方法
JP2005535134A (ja) * 2002-08-07 2005-11-17 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション 超電導量子干渉装置
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