KR100403801B1

KR100403801B1 - Superconducting quantum interference device

Info

Publication number: KR100403801B1
Application number: KR1019960018742A
Authority: KR
Inventors: 공준호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2004-02-14
Also published as: KR970077767A

Abstract

PURPOSE: An SQUID(Superconducting Quantum Interference Device) is provided to be capable of minimizing inductive coupling between a modulation coil and a pickup coil. CONSTITUTION: An SQUID includes a detector(10) with a washer and two parallel Josephson junctions, a connection pad(20), a loop-type pickup coil(30), and a modulation coil(400) located at the outside of the pickup coil. At this time, the modulation coil is partially overlapped to the pickup coil in order to minimize the inductive coupling with the pickup coil.

Description

Superconducting quantum interference device

본 발명은 dc 초전도 양자 간섭 소자(SQUID; superconducting quantum interference devise)에 관한 것으로, 특히 변조 코일(modulation coil)과 픽업 코일(pick up coil) 간의 유도성 결합을 최소화한 직접 결합 dc 초전도 양자 간섭 소자(directly coupled dc-SQUID)에 관한 것이다.The present invention relates to a dc superconducting quantum interference devise (SQUID), and more particularly to a direct coupled dc superconducting quantum interference device (hereinafter referred to as " dc superconducting quantum interference device ") that minimizes inductive coupling between a modulation coil and a pick- directly coupled dc-SQUID).

dc 초전도 양자간섭 소자는 자기장 검출에 있어서 어떤 종류의 센서들 보다도 민감한 센서이다. 초전도 양자간섭 소자 양단의 전압은 자속(magnetic flux)에서 하나의 자속 양자의 주기로 주기적이다. 따라서, 초전도 양자 간섭 소자는 작은 입력 자속에 대응히여 큰 출력 전압을 발생시킬 수 있다.dc superconducting quantum interference devices are more sensitive than any other type of sensor in magnetic field detection. The voltage across the superconducting quantum interference device is periodic with a period of both magnetic flux and magnetic flux. Therefore, the superconducting quantum interference device can generate a large output voltage by corresponding to a small input magnetic flux.

제1도는 종래의 dc 초전도 양자간섭 소자의 개략적 평면도이다. 도시된 바와 같이, dc 초전도 양자간섭 소자는 검출부(10), 접속 패드(contact pad)(20), 픽업 루프(pick up loop; 이하 "픽업 코일(pick up coil)"이라 한다)(30) 및 변조 루프 (modulation loop)(40: 이하 "변조 코일(modulation coil)"이라 한다)을 구비하고 있다.FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional dc superconducting quantum interference device. FIG. As shown, the dc superconducting quantum interference device includes a detector 10, a contact pad 20, a pick up loop 30 (hereinafter referred to as a "pick up coil "), And a modulation loop 40 (hereinafter referred to as "modulation coil").

검출부(10)는 제2도에 도시된 바와 같이, 와셔(washer)(11) 및 초전도 루프 코일 속에 배치된 두 개의 병렬 비-히스테리시스 조셉슨 접합(Josephson junction) (12)으로 이루어져 자속을 검출하게 된다.The detection portion 10 is composed of a washer 11 and two parallel non-hysteresis Josephson junctions 12 disposed in the superconducting loop coil as shown in FIG. 2 to detect magnetic flux .

접속 패드(20)는 검출부(10)와 외부 회로와의 접속을 위한 단자이다.The connection pad 20 is a terminal for connection between the detection unit 10 and an external circuit.

픽업 코일(30)은 코일 내의 자장 변화에 의한 유도 전류를 발생시켜 이를 검출부(10)에 제공하여 자기장 검출 감도를 높인다.The pickup coil 30 generates an induced current due to a magnetic field change in the coil and provides it to the detection unit 10 to increase the magnetic field detection sensitivity.

그리고 변조 코일(40)은 기준 AC 전류(사인파 혹은 톱니파)를 가하여 초전도 양자 간섭 소자의 자체 특성을 조사하고, 초전도 양자간섭 소자의 일반적인 선형 동작 모드인 플럭스 락트 루프(flux locked loop; FLL) 모드(mode)로 락킹 (locking)을 하는데 사용된다.Then, the modulation coil 40 irradiates the self-characteristics of the superconducting quantum interference device by applying a reference AC current (sine wave or sawtooth wave) to the flux locked loop (FLL) mode (a general linear operation mode of the superconducting quantum interference device mode locking.

이와 같은 구성의 초전도 양자간섭 소자는 외부 자계의 영향으로 픽업 코일에 의해 유도된 전류가 조셉슨 접합(Josephson junction)에 의해 검출되는 방식으로 동작한다. 이러한 동작을 제3도에 도시된 바와 같은 등가 회로를 참조하여 설명한다.The superconducting quantum interference device having such a configuration operates in such a manner that the current induced by the pickup coil under the influence of the external magnetic field is detected by the Josephson junction. This operation will be described with reference to an equivalent circuit as shown in FIG.

도시된 바와 같이, DC SQUID는 두 개의 조셉슨 접합(RSJ; resistively shunted junction)의 병렬 결합으로 구성된다. 단일 조셉슨 접합에서 전류가 바이어스된 경우 전류-전압 특성은 임계 전류 I_C보다 작게 흘리면 조셉슨 초전류 (Josephson supercurrent)가 I_N1(혹은 I_N2)로 흘러 출력 전압이 0이 된다. 또 전류가 I_C보다 크면 R_n에 의해 SQUID의 출력 전압이 나타나게 되며, 이 때의 전류-접압 특성에서 Rn 을 정의할 수 있다. 터널 접합에서는 보통 캐패시턴스가 존재하게 되어 전류-전압 곡선이 히스테리시스를 보이는데 고온 초전도 스텝-에지(step-edge) 혹은 바이크리스탈(bicrystal) 접합의 경우에는 이를 무시할 수 있다. DC SQUID의 환의 길이는 외부 자속이 플럭스 양자(flux quantum)의 반정수배, (n₁1/2)Φ₀인 경우 SQUID 양단의 평균 전압이 자속의 정수배 nΦ₀인 경우에 비해 높다는 사실을 이용하여 V-Φ 특성을 조사할 수 있다. 이와 같이, 플럭스 양자의 변화에 의해 SQUID 출력 전압이 변화함을 이용하여 미세 자장 검출 센서로 응용할 수 있다.As shown, the DC SQUID consists of a parallel combination of two resistively shunted junctions (RSJ). When current is biased at a single Josephson junction, the Josephson supercurrent flows to I _N1 (or I _N2 ) as the current-voltage characteristic drops below the critical current I _C , resulting in an output voltage of zero. If the current is larger than I _C , the output voltage of the SQUID appears by R _n , and R _n can be defined in the current-voltage characteristic at this time. In tunnel junctions, current-voltage curves exhibit hysteresis due to the presence of capacitances, which can be ignored for high-temperature superconducting step-edge or bicrystal junctions. The length of the ring DC SQUID, if a half multiple of the external magnetic flux is the flux quantum (flux quantum), the (n ₁ 1/2) Φ ₀ by the fact that the average voltage of both ends of SQUID higher than in the case of an integer multiple of the magnetic flux ₀ nΦ V-phi characteristics can be investigated. As described above, the SQUID output voltage can be changed by the change of the flux, so that it can be applied to the fine magnetic field detecting sensor.

그러나 상기와 같은 직접 결합 dc 초전도 양자 간섭 소자의 변조 코일은 픽업 코일을 둘러싸고 있기 때문에, 변조 코일과 픽업 코일 간에는 불가피하게 유도성 결합(inductive coupling)이 존재하여 소자의 자계 검출 특성을 떨어뜨린다. 특히, 이러한 유도성 결합의 크기나 효과는 소자 설계시 정확하게 고려할 수 없기 때문에 소자의 자계 검출의 민감도를 높이는데 큰 어려움을 준다.However, since the modulation coil of the direct coupled dc superconducting quantum interference device surrounds the pickup coil, there is inevitably an inductive coupling between the modulation coil and the pickup coil, thereby deteriorating the magnetic field detection characteristic of the device. Particularly, the magnitude and the effect of the inductive coupling can not be accurately considered when designing the device, which makes it difficult to increase the sensitivity of the magnetic field detection of the device.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 변조 코일과 픽업 코일 간에는 불가피하게 존재하는 유도성 결합의 영향을 최대한 억제할 수 있는 초전도 양자간섭 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a superconducting quantum interference device capable of minimizing the influence of inductive coupling inevitably existing between a modulation coil and a pickup coil.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 양자 간섭 소자는,According to an aspect of the present invention, there is provided a superconducting quantum interference device including:

와셔 및 두 개의 평행 비-히스테리시스 조셉슨 접합을 구비하는 자계 검출 수단;Magnetic field detection means having a washer and two parallel non-hysteresis Josephson junctions;

상기 검출 수단과 외부 회로와의 접속을 위한 접속 수단;Connection means for connection between said detection means and an external circuit;

자장 변화에 의한 유도 전류를 발생시켜 상기 검출 수단에 제공하며 상기 검출 수단을 둘러싸는 루프형의 픽업 코일; 및A loop-shaped pickup coil for generating an induced current due to magnetic field change and providing the detected current to the detection means and surrounding the detection means; And

기준 교류 전류를 인가하여 소자 자체의 검출 특성을 조사하고, 플럭스 락트 루프 모드로 락킹하며, 상기 픽업 코일의 외측에 배치된 변조 코일;을 구비한 초전도 양자 간섭 소자에 있어서,And a modulation coil disposed outside the pickup coil for detecting a detection characteristic of the device itself by applying a reference alternating current and locking the same in a flux-lock loop mode, the superconducting quantum interference device comprising:

상기 변조 코일은 상기 픽업 코일의 일부 구간과만 나란하게 배치된 것을 특징으로 한다.And the modulation coil is disposed so as to be parallel to only a part of the pickup coil.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 초전도 양자 간섭 소자를 설명한다.Hereinafter, a superconducting quantum interference device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

제4도는 본 발명이 따른 dc 초전도 양자간섭 소자의 개략적 평면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 dc 초전도 양자 간섭 소자는 dc 초전도 양자간섭 소자는 검출부(10), 접속 패드(20), 핍업 코일(30) 및 변조 코일(40)을 구비하고 있는 점에 있어서는 종래의 초전도 양자 간섭 소자와 마찬가지이나, 단지 변조 코일 (400)의 구조만이 다를 뿐이다.FIG. 4 is a schematic plan view of a dc superconducting quantum interference device according to the present invention. As shown, the dc superconducting quantum interference device of the present invention is characterized in that the dc superconducting quantum interference device includes a detection unit 10, a connection pad 20, a dip-up coil 30, and a modulation coil 40, Of the superconducting quantum interference device of the present invention, only the structure of the modulation coil 400 is different.

즉, 변조 코일(400)이 코일 내의 자장 변화에 의한 유도 전류를 발생시켜 이를 검출부(10)에 제공하여 자기장 검출 감도를 높이는 루프형의 픽업 코일(30)을 둘러싸도록 배치하는 것이 아니라 유도성 결합을 줄이기 위하여 픽업 코일의 일부 구간과 나란하게 배치한 점에 특징이 있다.That is, the modulation coil 400 is not arranged so as to surround the pickup coil 30 of the loop type which generates the induction current due to the magnetic field change in the coil and provides it to the detection unit 10 to increase the magnetic field detection sensitivity, In order to reduce the size of the pickup coil.

이와 같은 구성의 초전도 양자간섭 소자는 외부 자계의 영향으로 픽업 코일에 의해 유도된 미세 전류가 조셉슨 접합(Josephson jonction)에 의해 검출되는 방식으로 동작하는데, 이 때 기준 교류 전류가 인가되어 소자 자체의 검출 특성을 조사하고, 플럭스 락트 루프 모드로 락킹하는 동작을 하는 변조 코일은 제4도에 도시된 바와 같이, 픽업 코일의 일부분과 만 나란하도록 그 외측에 배치되어 유도성 결합되는 영역을 줄임으로써, 자계의 검출 특성을 향상시킨다.The superconducting quantum interference device having such a configuration operates in such a manner that the microcurrent induced by the pickup coil under the influence of the external magnetic field is detected by the Josephson junction. At this time, the reference AC current is applied to detect The modulating coil, which is operable to examine the characteristics and lock in the flux-lock loop mode, is arranged on the outside so as to be parallel with only a part of the pickup coil, as shown in FIG. 4, Thereby improving the detection characteristics.

제1도는 종래의 dc 초전도 양자간섭 소자의 개략적 평면도,FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional dc superconducting quantum interference device,

제2도는 제1도의 검출부의 확대 평면도,FIG. 2 is an enlarged plan view of the detection portion of FIG. 1,

제3도는 제1도의 소자의 등가 회로도,3 is an equivalent circuit diagram of the device of FIG. 1,

그리고 제4도는 본 발명에 따른 dc 초전도 양자간섭 소자의 개략적 평면도이다.And FIG. 4 is a schematic plan view of a dc superconducting quantum interference device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

10. 검출부 20. 접속 패드10. Detection part 20. Connection pad

30. 픽업 코일 40. 변조 코일30. Pickup coil 40. Modulation coil

11. 와셔 12. 조셉슨 접합11. Washer 12. Josephson Junction

400. 변조 코일400. Modulation coil

Claims

Magnetic field detection means having a washer and two parallel non-hysteresis Josephson junctions;

Connection means for connection between said detection means and an external circuit;

A loop-shaped pickup coil for generating an induced current due to a change in magnetic field and providing the detected current only in the detected number and surrounding the detection means; And

And a modulation coil disposed outside the pickup coil for detecting a detection characteristic of the device itself by applying a reference alternating current and locking the same in a flux-lock loop mode, the superconducting quantum interference device comprising:

Wherein the modulation coil is disposed so as to be parallel to only a part of the loop type pickup coil so as to suppress the influence of inductive coupling between the pickup coils.