JPH0923027A

JPH0923027A - 超電導磁気センサ素子

Info

Publication number: JPH0923027A
Application number: JP7172357A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mizuno; 裕二水野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な工程で作製でき、磁界検出感度を１０
^-8ガウスレベル以上に向上できる超電導磁気センサ素子
を提供する。【解決手段】超電導磁気センサ素子は、基板１の片面
に形成された超電導磁気抵抗素子２を備え、この超電導
磁気抵抗素子２は、ＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-XにＢｉを添加して
なる酸化物超伝導体から形成され、かつ、ミアンダ状に
パターニングされたセラミックス超電導体膜からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁気センサ
素子に関し、より詳しくは、セラミックス超電導体の結
晶粒界に起因する磁気抵抗効果を利用した超電導磁気セ
ンサ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁界を検出する素子として、
半導体のホール効果を応用したホール素子や、半導体・
磁性体の磁気抵抗素子が広く用いられてきた。また、超
電導体の量子干渉効果を利用した超電導量子干渉素子
（ＳＱＵＩＤ）が超高感度磁気センサとして使用された
きた。しかし、上記ホール素子、半導体磁気抵抗素子、
磁性体磁気抵抗素子の磁界検出感度は１０^-3〜１０^-4ガ
ウスのレベルであり、より広い応用のためには、さらに
高い磁界検出感度が必要とされる。一方、ＳＱＵＩＤ
は、１０^-10ガウスレベルの高い磁界検出感度を示すも
のの、極めて厳密な素子構造と複雑な駆動方式を必要と
しており、使用に非常な困難が伴うという欠点がある。
このために、高い磁界検出感度を有し、かつ、簡便に使
用できる磁気センサの開発が強く望まれていた。

【０００３】そこで、セラミックス超電導体の結晶粒界
に起因する磁気抵抗効果を応用した高性能磁気センサ
（超電導磁気抵抗素子）が提案されている（特願昭６２
−２３３３６９号）。この超電導磁気抵抗素子は、所定
のパターン形状のセラミックス超電導体膜を基板上に設
けたもので、（１）半導体、磁性体を用いた磁気センサ
を大きく上回る１０^-7ガウスレベルの高い磁界検出感度
を示すことができ、（２）素子構造が簡単で、かつ、取
扱が容易である、（３）アナログ、ディジタル信号検出
が可能である等の優れた特長を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、心磁
波、肺磁場等の生体磁気検出や金属材料の腐食、欠陥等
の非破壊検査、資源探査に用いられる磁気センサには、
１０^-8ガウスレベルの高い磁界検出感度が要求される。
このため、上記従来の超電導磁気センサは、もう１桁の
感度向上が要求されていた。

【０００５】本発明の目的は、簡単な工程で作製でき、
しかも、磁界検出感度を１０^-8ガウスレベル以上に向上
できる超電導磁気センサ素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、該基
板上に形成された超伝導磁気抵抗素子とからなる超電導
磁気センサ素子において、前記超伝導磁気抵抗素子は、
ＬｎＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-X（但し、Ｌｎ：Ｙ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍまたはＹｂ
のいずれか１種、０≦Ｘ≦１）にＢｉまたはＰｂを添加
した酸化物超伝導体から形成されたセラミックス超伝導
体からなることを特徴とする超電導磁気センサ素子に関
する。

【０００７】また、前記ＢｉまたはＰｂの添加量は、前
記酸化物超電導体の総量に対して０〜１５ｗｔ％である
のが望ましい。ＢｉまたはＰｂの添加量が１５ｗｔ％を
越えると、抵抗ゼロを示さなくなるためである。

【０００８】本発明の超電導磁気センサ素子によれば、
多数の結晶粒界を有する特定の酸化物超電導体材料にＢ
ｉまたはＰｂが添加されるので、その結晶粒界間の電気
的結合が弱められ、素子の雑音特性を損なうことなく、
磁気抵抗値すなわち磁電変換率が高められる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超電導磁気センサ
素子を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態
においては、酸化物超電導体としてＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-x（０≦Ｘ≦１）にＢｉを添加したものを用いた。

【００１０】図１は、本発明にかかる超電導磁気センサ
素子の一実施形態を示す概略構成図である。この超電導
磁気センサ素子は、基板１の片面に形成された超電導磁
気抵抗素子２を備えている。超電導磁気抵抗素子２は、
ミアンダ状にパターニングされたＢｉ添加ＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-Xセラミックス超電導体の膜からなる。

【００１１】この超電導磁気抵抗素子２は、電着法を応
用して次のようにして作製された。初めに、イットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の基板１の表面に、真空蒸
着法により膜厚約２０００Åの銅薄膜を形成した。この
銅薄膜を化学エッチングにより、ミアンダ形状の電極
（線幅５００μｍ、線長２５０ｍｍ）と、上記面内で上
記電極と並んで対向する対向電極とにパターニングし
た。なお、ミアンダ電極と対向電極との間隔は１００μ
ｍとした。又、電着を行うための電着溶液は、共沈法に
よって形成されたＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-X粉末（粒径１−１０
μｍ）にＢｉ₂Ｏ₃粉末（平均粒径＜１μｍ）を添加して
なる酸化物超伝導体材料をアセトン中に分散して作製さ
れた。このとき、酸化物超伝導体の総量に対して、Ｂｉ
₂Ｏ₃粉末の添加量をＢｉに換算して１ｗｔ％、５ｗｔ％
及び１５ｗｔ％と変化させた。

【００１２】次に、上述のようにして作製した電着溶液
中に、上記ミアンダ電極が設けられた基板１を浸漬し
た。ミアンダ電極側を負電位、対向電極側を正電位と
し、両電極間に１００Ｖの電圧を約１分間印加した。そ
して、負電位としたミアンダ電極側にのみ選択的に膜を
堆積させた。この後、空気雰囲気中で９００℃、３時間
の熱処理を行い上記堆積膜を焼結させた。これにより、
膜厚５０μｍのＢｉ添加ＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xセラミックス
超伝導体膜を形成した。すなわち、ミアンダ形状で線幅
５００μｍ、線長２５０ｍｍ、厚さ５０μｍの超電導磁
気抵抗素子２を基板１上に形成した。最後に、メタルマ
スクを用いて超電導磁気抵抗素子２に銀電極３を真空蒸
着法で形成し、超電導磁気センサ素子を完成した。

【００１３】この超電導磁気センサ素子の抵抗−温度特
性を測定した。その結果、Ｂｉの添加量にかかわらず、
全ての素子は８６Ｋの温度で抵抗零を示した。しかしな
がら、零抵抗を示すより高い温度、すなわち８６Ｋ以上
の温度における抵抗率は、Ｂｉの添加量の多いもの程大
きな値を示した。

【００１４】図２は７７Ｋにおける本発明の超電導磁気
センサ素子の抵抗−磁界特性を示す図である。この図か
ら明らかなように、超電導磁気センサ素子はＢｉの添加
量を増やすにつれて、Ｂｉを含まないものに比べ、同一
の磁界に対して１桁〜２桁大きな抵抗−磁界特性を示し
た。このような結果を得た原因としては、添加されたＢ
ｉがセラミックス超電導体の結晶粒界間の電気的な結び
付きを弱めたためであろうと考えられる。

【００１５】なお、Ｂｉの代わりにＰｂを添加した場合
もほとんど同様の抵抗−温度特性を示した。さらに、Ｐ
ｂをＰｂ₂Ｏ₃の形で添加する場合、酸化物超伝導体の総
量に対して、Ｐｂ₂Ｏ₃粉末の添加量をＰｂに換算して１
ｗｔ％、５ｗｔ％及び１５ｗｔ％に変化させたところ、
図２に示すＢｉの場合とほとんど同様の抵抗−磁界特性
を示した。又、これらの超電導磁気センサ素子につい
て、素子の雑音特性を測定したが、何も添加しない場合
とＢｉあるいはＰｂを添加した場合とで変化が見られな
かった。その結果、本発明の超電導磁気センサ素子は、
磁気検出感度として１０^-8ガウス／（Ｈｚ）^1/2レベル
の値を得た。

【００１６】磁気検出感度の測定は、交流磁界変調法を
用いて行った。すなわち、本発明の超電導磁気センサ素
子（図１）の近傍にソレノイドコイルを設け、素子に交
流磁界をバイアスしておき、変調された出力電圧信号を
差動増幅器に通した後、ロックインアンプで検出するこ
とによって測定した。

【００１７】この様に、超電導磁気抵抗素子を構成する
セラミックス超電導体に、ＢｉまたはＰｂを添加するこ
とによりその結晶粒界間の電気的結合を弱め、その結
果、１０^-8ガウス／（Ｈｚ）^1/2レベルの磁界検出感度
を有する超電導磁気センサ素子を得ることが出来た。し
かも、外部回路を付加するなどの複雑な構成をとること
無く、極めて簡便な方法で実現することが出来た。

【００１８】以上、図面に基づいて説明したように、セ
ラミックス超電導体にＢｉまたはＰｂを添加することに
より、外部磁界に対しより大きな抵抗値を示す超電導磁
気抵抗素子を得ることができ、その結果、磁気センサと
しての感度を大きく向上させることができる。

【００１９】なお、今回は基板にＹＳＺを用いたが、特
にこれに限定されるものではなく、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ
₃等、他のセラミックス基板を用いてもかまわない。
又、基板へのミアンダパターン形成に電着法を用いた
が、これに限られるものではなく、適宜変更することが
できる。例えば、スプレーパイロリシス法、スクリーン
印刷法等でも同様の性能を有する磁気センサ素子が得ら
れる。また電極には銀を用いたが、もちろんこれに限定
されるものではなく、金、白金、チタン、アルミ等他の
材料でも構わない。又、本実施形態では超電導体にＹＢ
₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xを使用した場合のみを記述したが、他のＬ
ｎＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-X（但し、Ｌｎ；Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍまたはＹｂのいず
れか１種、０≦Ｘ≦１）を使用しても同様の効果が生ず
る。これらの材料はＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xと結晶構造、超電
導発現温度、その他の諸物性、電気的特性がほぼ等し
く、Ｂｉ又はＰｂを添加した場合、ＹＢ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xに
添加した場合と同様の磁電変換率の向上を示す。

【００２０】

【発明の効果】本発明の超電導磁気センサ素子によれ
ば、ＢｉまたはＰｂをセラミックス超電導体に添加する
ことにより、従来の無添加超伝導体に比べて２桁大きな
磁気抵抗値を得ることができる。すなわち、従来より２
桁大きな磁電変換率を有する超伝導磁気センサ素子を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる超電導磁気センサ素子の一実施
形態を示す概略構成図である。

【図２】本発明の超電導磁気センサ素子の抵抗−磁界特
性を示す図である。

【符号の説明】

１基板２超電導磁気抵抗素子３銀電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成された超伝導磁
気抵抗素子とからなる超電導磁気センサ素子において、
前記超伝導磁気抵抗素子は、ＬｎＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-X（但
し、Ｌｎ：Ｙ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、
Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍまたはＹｂのいずれか１種、０≦Ｘ≦
１）にＢｉまたはＰｂを添加した酸化物超伝導体から形
成されたセラミックス超伝導体からなることを特徴とす
る超電導磁気センサ素子。
【請求項２】前記ＢｉまたはＰｂの添加量は、前記酸
化物超電導体の総量に対して０〜１５ｗｔ％であること
を特徴とする請求項１記載の超電導磁気センサ素子。