KR101465645B1 - 박막형 초전도 가속도 측정 장치, squid 센서 모듈, 및 squid 센서 모듈의 제조 방법 - Google Patents

박막형 초전도 가속도 측정 장치, squid 센서 모듈, 및 squid 센서 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가속도 측정 장치, SQUID 센서 모듈, 및 그 제조 방법을 제공한다. 이 가속도 측정 장치는 일면에 초전도체 박막을 가지고 탄성을 제공하는 시험 질량 구조체; 기판 상에 배치되고 상기 시험 질량체 구조체의 상기 일면에 대향하여 배치되고 상기 시험 질량체 구조체와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일; 상기 기판 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 제1 초전도 코일 및 상기 1차 초전도 코일과 자기 결합하는 2차 초전도 코일을 포함하는 변압기; 상기 기판 상에 배치되고 상기 변압기의 2차 초전도 코일에 연결된 입력 코일; 및 상기 기판 상에 배치되고 상기 입력 코일과 자기적 결합하는 SQUID를 포함한다.

Description

박막형 초전도 가속도 측정 장치, SQUID 센서 모듈, 및 SQUID 센서 모듈의 제조 방법{Thin Film Superconducting Acceleration Measuring Apparatus, SQUID Sensor Module, and Fabrication Method of SQUID Sensor Module}
본 발명은 초전도 가속도 측정 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 초전도 박막 코일을 이용하여 미소변위를 측정하는 초전도 가속도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적인 가속도계는 스프링에 매달린 시험 질량체(test mass)의 형태로 구성되어 있다. 중력변화나 가속도가 발생하게 되면, 상기 시험 질량체가 움직이고, 이 움직이는 미소변위의 양을 즉정하여 중력변화 또는 가속도변화를 나타낸다.
초전도체는 전기저항이 영(제로)이며, 내부의 자기장이 영(제로)으로 된다. 후자는 마이스너(Meissner) 효과라고 하는데, 외부의 자기장에 반발하는 반자성의 성질을 가진다. 예를 들어, 초전도체 위에 자석(또는 자석 위에 초전도체)은 이러한 반자성 효과로 인해 공중에 떠 있게 된다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 박막형 초전도체 코일을 적용하여 미소변위를 측정하는 초소형화 초전도 가속도 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치는 일면에 초전도체 박막을 가지고 탄성을 제공하는 시험 질량 구조체; 기판 상에 배치되고 상기 시험 질량체 구조체의 상기 일면에 대향하여 배치되고 상기 시험 질량체 구조체와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일; 상기 기판 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 초전도 1차 코일 및 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 초전도 2차 코일을 포함하는 변압기; 상기 기판 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일; 및 상기 기판 상에 배치되고 상기 입력 코일과 자기적 결합하는 SQUID를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체는 중심축에서 반경 반향으로 진행함에 따라 적어도 하나의 슬릿을 포함하고, 상기 슬릿은 일정한 폭을 가지고, 상기 슬릿의 시작점과 슬릿의 끝 점 사이의 각도는 상기 시험 질량체의 중심을 기준으로 90도 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬릿은 제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치; 상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치; 및 상기 제1 브랜치의 일단과 상기 제2 브랜치의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체는 상기 슬릿의 내측에 배치되는 시험 질량체; 상기 상기 슬릿의 외측에 배치되는 지지부; 및 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 스프링의 두께는 상기 시험 질량체의 두께 및 상기 지지부의 두께보다 작고, 상기 초전도 박막은 상기 시험 질량체의 하부면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량체의 하부면은 함몰될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량체는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬릿은 제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치; 상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치; 상기 제1 사분면에 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제3 브랜체; 및 상기 제1 브랜치의 일단, 상기 제2 브랜치의 일단, 및 상기 제3 브랜치의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판의 하부면에 배치된 배면 초전도 박막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정용 초전도체 코일의 주위에 배치되는 가이드 링을 더 포함하고, 상기 가이드 링은 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일을 정렬시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체는 멤브레인 스프링을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치는 하부면에 초전도 박막을 가지는 시험 질량체 및 상기 시험 질량체에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고 일체형으로 형성된 시험 질량 구조체; 및 측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 SQUID를 포함하고, 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일 사이의 변위에 따른 영구 전류의 변화를 측정하는 초전도 SQUID 센서 모듈; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체와 상기 SQUID 센서 모듈을 수납하는 초전도 케이스; 상기 초전도 케이스를 수납하고 헬륨 가스로 채워진 진공 캔; 상기 진공 캔을 수납하는 내부는 진공으로 유지되는 외부 용기; 상기 초전도 케이스와 열 접촉하여 냉각하는 열전달 매체; 및 상기 열전달 매체와 열접촉하고 상기 외부 용기의 외부에 배치된 극저온 냉동기; 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시험 질량 구조체와 상기 SQUID 센서 모듈을 수납하는 초전도 케이스; 상기 초전도 케이스를 수납하고 헬륨 가스로 채워진 진공 캔; 상기 진공 캔을 수납하고 냉매로 채워지는 내부 용기; 및 상기 내부 용기를 수납하고 진공으로 유지되는 외부 용기; 중에서 적어도 하나를 더 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SQUID 센서 모듈은 기판 상에 배치되고 외부의 측정체와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일; 상기 기판 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 초전도 1차 코일 및 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 초전도 2차 코일을 포함하는 변압기; 상기 기판 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일; 및 상기 기판 상에 배치되고 상기 입력 코일과 자기적 결합하는 SQUID를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초전도 1차 코일과 상기 측정용 초전도체 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 영구 전류 주입 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초전도 1차 코일과 상기 측정용 초전도체 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 제1 저항 패턴; 및 상기 제1 저항 패턴 상에 형성된 제1 열-스위치 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초전도 2차 코일과 입력 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 제2 저항 패턴; 및 상기 제2 저항 패턴 상에 형성된 제2 열-스위치 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초전도 1차 코일과 측정용 초전도체 코일의 하부에 배치되고 비아를 통하여 연결되는 제1 배선; 상기 측정용 초전도체 코일과 상기 초전도 1차 코일을 연결하는 제2 배선; 초전도 2차 코일과 입력 코일을 연결하는 제3 배선; 및 초전도 2차 코일과 입력 코일을 비아를 통하여 연결하는 제4 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SQUID 센서 모듈의 제조 방법은 기판 상에 SQUID를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 SQUID와 이격되어 배치되고 초전도체로 형성된 측정용 초전도체 코일을 생성하는 단계; 상기 기판 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 변압기의 초전도 1차 코일을 형성하는 단계; 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 상기 변압기의 초전도 2차 코일을 형성하는 단계; 및 상기 SQUID와 자기 결합하고 상기 기판 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정용 초전도체 코일과 상기 초전도 1차 코일은 동시에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초전도 2차 코일과 상기 입력 코일은 동시에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 초전도 코일의 가속도 측정 장치는 코일의 평탄도를 향상시켜 더욱 정밀한 가속도 측정을 제공할 수 있다. 또한 초소형 집적화된 일체형 초전도 가속도 측정 장치가 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치의 동작을 나타내는 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 질량 구조체를 설명하는 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 가속도 측정 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시험 질량 구조체를 설명하는 평면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 가속도 측정 장치를 설명하는 도면들이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 SQUID 센서 모듈을 설명하는 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 9a 내지 도 9o는 도 8a의 SQUID 센서 모듈의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성 요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
초전도체 도선으로 만든 측정용 초전도체 코일에 전류를 흘리고, 폐회로(closed loop circuit)를 형성시키면, 상기 측정용 초전도체 코일의 전기저항이 영이므로, 무한시간 동안 영구전류가 흐른다. 이때 상기 측정용 초전도 코일에 인접한 초전도 박막을 포함하는 시험 질량체가 움직이게 되면 초전도체의 반자성 효과 및 자속 양자화 효과에 의해 측정용 초전도체 코일의 인덕턴스가 변한다. 따라서 초전도 영구전류가 변하게 된다. 즉, 전류 변화를 측정함으로써 초전도체의 미소변위를 측정하여 중력변화 혹은 가속도 변화를 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 가속도계는 반도체 집적화 공정(Semiconductor Integration Process)을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 초전도 가속도계는 일면에 초전도체 박막을 가지고 탄성을 제공하는 시험 질량 구조체를 포함할 수 있다.
시험 질량 구조체는 멤브레인(membrane)으로 제작한 스프링, 밑바닥을 초전도 박막으로 형성한 시험질량체를 포함할 수 있다. SQUID 센서 모듈은 박막으로 제작한 측정용 초전도체 코일과 시험 질량체 사이의 거리의 변화에 따른 전류 변화를 감지할 수 있다. 측정용 초전도체 코일과 SQUID 센서의 입력 코일은 변압기를 통하여 자기적으로 결합된다. 또한 초전도 코일을 구동하고, 과전류로부터 SQUID 센서를 보호하기 위한 열-스위치(heat-switch)가 기판 상에 배치된다.
시험 질량체 구조체의 가속도 변화가 생기면, 시험 질량체가 움직인다. 따라서, 가속도계는 움직이는 거리(미소변위)를 측정한다.
시험 질량체 구조체는 초전도 현상을 이용하여 자기 부양될 수 있다. 초전도체를 포함하는 시험 질량체 구조체가 움직일 때, 상기 시험 질량체 구조체에 근접하여 배치된 측정용 초전도체 코일의 인덕턴스(inductance)가 변한다. 이 인덕턴스의 변화는 저장 에너지를 일정하게 유지하기 위하여, 상기 측정용 초전도체 코일에 흐르는 전류를 변경한다. 이에 따라, 상기 측정용 초전도체 코일에 흐르는 전류는 자기장을 변화시키고, 상기 전류 또는 상기 자기장은 변압기 또는 변류기를 통하여 SQUID 센서에 의하여 전압으로 변환된다.
통상적인 초전도 가속도계는 직경 0.125 mm의 나이오븀 와이어를 감아서 형성된 팬케이크(pancake) 코일, 변압기, 열-스위치(heat-switch), 및 기타 구성품들을 포함한다. 이들 구송 부품들은 서로 별로도 제작되어 기계적 결합된다. 따라서, 부피가 매우 크다. 정밀도가 매우 낮다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시험 질량체와 멤브레인 스프링이 일체형으로 형성된 시험 질량 구조체가 제안된다. 상기 시험 질량 구조체는 MEMS(micro electro mechanical systems) 공정 또는 반도체 공정을 통하여 제작될 수 있다. 또한, 팬케이크(pancake) 코일, 변압기, 열-스위치(heat-switch), SQUID, 및 입력 코일은 기판 상에 일체형으로 집적화될 수 있다. 따라서, 작은 부피를 가지며, 정밀한 가속도계가 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치는 박막공정으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 측정용 초전도체 코일은 팬케이크(pancake coil) 코일 형태를 가지며, 나이오븀(Nb) 박막으로 형성하여 코일의 평탄도를 높일 수 있다. 직경 0.125 mm의 나이오븀 와이어 코일의 경우, 평탄도는 직경의 1/2 정도이다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막형 측정용 초전도체 코일, SQUID, 및 기타 구성품은 박막공정으로 동일 기판 상기 단일 칩(single chip)으로 제작될 수 있다. 따라서, 코일의 평탄도가 높다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 측정 장치의 동작을 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 가속도 측정 장치(100)는 일면에 초전도체 박막(111)을 가지고 탄성을 제공하는 시험 질량 구조체(110), 기판 상에 배치되고 상기 시험 질량체 구조체(110)의 상기 일면에 대향하여 배치되고 상기 시험 질량체 구조체(110)와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일(120), 상기 기판 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일(120)에 연결된 초전도 1차 코일(131) 및 상기 초전도 1차 코일(131)과 자기 결합하는 초전도 2차 코일(132)을 포함하는 변압기(130), 상기 기판 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일(132)에 연결된 입력 코일(140), 및 상기 기판 상에 배치되고 상기 입력 코일(140)과 자기적 결합하는 SQUID(150)를 포함한다.
시험 질량 구조체(110)는 하부면에 초전도 박막(111)을 가지는 시험 질량체 및 상기 시험 질량체에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 초전도 박막(111)은 나이오븀일 수 있다. 상기 시험 질량체는 절연체 또는 반도체로 형성될 수 있다.
상기 시험 질량체(114a)는 가속도에 따라 직선 운동할 수 있다. 이에 따라, 고정된 측정용 초전도체 코일(120)과 상기 시험 질량체(114a) 사이의 거리(d)가 변경될 수 있다. 상기 시험 질량체의 하부면에는 초전도 박막(111)이 배치되고, 상기 초전도 박막은 상기 측정용 초전도체 코일(120)에 흐르는 전류에 의하여 생성된 자기장에 반발하는 반자성을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 초전도 박막(111)은 상기 측정용 초전도체 코일(120)로부터 마이스터 효과에 의한 반발력을 제공받을 수 있다.
측정용 초전도체 코일(120)은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일은 박막 팬케이크 코일일 수 있다. 상기 측정용 전도체 코일(120)은 나이오븀일 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일과 상기 변압기(130)의 초전도 1차 코일은 서로 연결되어 폐 루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일은 스파이럴 형태일 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(120)의 직경은 10 mm 정도이고, 권선 수는 100 턴 정도일 수 있다.
변압기(130)는 초전도 1차 코일(131)과 초전도 2차 코일(132)을 포함할 수 있다. 상기 초전도 1차 코일은 상기 측정용 초전도체 코일과 제1 초전도 배선을 통하여 연결될 수 있다. 상기 초전도 1차 코일과 상기 초전도 2차 코일은 층간 절연막을 개재하여 서로 정렬될 수 있다. 또한, 상기 초전도 2차 코일은 입력 코일과 제2 초전도체 배선을 통하여 연결될 수 있다. 상기 초전도 1차 코일은 초전도체로 구성된다. 또한, 상기 변압기의 초전도 2차 코일은 초전도체로 형성될 수 있다.
상기 입력 코일(140)은 SQUID(Superconducting QUantum Interference Device,150)와 자기적으로 결합될 수 있다. 또한, 상기 입력 코일(149)과 상기 변압기의 초전도 2차 코일(132)은 서로 연결되어 폐 루프를 형성할 수 있다. 상기 입력 코일(140)은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 입력 코일(140)의 직경은 2~3 mm 정도일 수 있다. 상기 입력 코일의 권선수는 15 턴 정도일 수 있다. 상기 입력 코일(140)은 스파이럴 형태일 수 있다.
상기 SQUID(150)는 상기 입력 코일(140)과 자기적으로 결합할 수 있다. 상기 SQUID는 DC SQUID 또는 RF SQUID일 수 있다. 상기 SQUID(150)는 조셉슨 접합을 포함하고, 상기 조셉슨 접합은 차례로 적층된 제1 초전도층/절연층/제2 초전도층을 포함할 수 있다.
제1 열-스위치(Heat switch, 162)는 측정용 초전도체 코일과 초전도 1차 코일을 연결하는 제1 초전도 배선 상에 배치된다. 제2 열-스위치(164)는 초전도 2차 코일과 입력 코일을 연결하는 제2 초전도 배선 상에 배치된다. 상기 제1 열-스위치(162)는 저항체를 포함할 수 있다. 상기 저항체는 팔라듐(Pd) 박막 또는 텅스텐 산화막(WOx)일 수 있다. 상기 제2-열 스위치(162)는 저항체를 포함할 수 있다.
외부 전원(166)을 이용하여 전류를 상기 제1 열-스위치(162)에 인가하면, 저항체는 발열하고, 제1 초전도 배선은 임계온도 이상으로 가열되어 저항을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 열-스위치(162)가 턴온(turn-on)된 경우, 외부의 전류원(168)을 상기 제1 열-스위치(162)의 양단 간에 연결하면, 저항이 영(zero)인 초전도 회선을 따라 영구 전류가 흐르게 된다. 즉, 상기 영구 전류는 전류원(168), 측정용 초전도체 코일(120), 및 초전도 1차 코일(131)을 따라 흐른다.
제1 열-스위치가 턴오프(Turn-OFF)된 경우, 저항체는 발열을 중단한다. 이에 따라, 제1 초전도 배선은 냉각되어, 제1 초전도 배선은 초전도 상태로 돌아간다. 이에 따라, 상기 측정용 초전도체 코일(120) 및 상기 초전도 1차 코일(131)은 초전도 폐회로를 형성한다. 따라서, 측정용 초전도체 코일(120)에 흐르던 전류는 상기 초전도 폐회로에 흐르는 영구전류가 된다. 한편, 외부의 전류원(168)에 의한 전류는 저항이 영(zero)으로 변한 초전도 배선을 통하여 흐른다. 즉, 제1 열-스위치(162)가 턴오프된 경우, 외부 전류원(158)이 제거되더라도, 상기 초전도 폐회로는 초전도 영구전류가 흐르는 상태로 남아있다.
외부 전원(169)을 이용하여 전류를 제2 열-스위치(164)에 인가하면, 제2 열-스위치(164)는 턴온 상태가 된다. 이 경우, 저항체는 발열하고 제2 초전도 배선을 가열한다. 이에 따라, 제2 초전도 배선은 저항을 가진다. 따라서, 상기 초전도 2차 코일(132) 및 상기 입력 코일(140)은 초전도 폐회로를 구성하지 않는다. 따라서, 초전도 폐회로에 흐르는 초전도 영구 전류는 발생하지 않는다. 제2 열-스위치를 켠 상태에서는 변압기의 초전도 2차 코일과 입력 코일을 포함하는 폐 회로는 저항을 포함한다. 이에 따라, 초전도 결합에 의한 신호는 상기 SQUID에 전달되지 않는다. 즉, 상기 저항은 측정용 초전도체 코일에서 발생한 과전류로부터 SQUID를 보호하는 역할을 수행한다.
제2 열-스위치(164)가 턴오프 상태인 경우, 상기 초전도 2차 코일 및 상기 입력 코일은 초전도 폐회로를 구성한다. 상기 측정용 초전도체 코일에 흐르는 전류 변화는 상기 변압기를 통하여 입력 코일에 전달된다. 이에 따라, 상기 입력 코일에는 입력 전류가 흐른다. SQUID는 상기 입력 전류에 의한 자속 변화를 감지하여 전압 신호를 출력할 수 있다. 제2 열-스위치가 턴오프된 상태에서는 시험 질량체가 중력(가속도)를 감지하고, 가속도 변화는 미소 변위를 유발하고, 미소 변위는 인덕턴스를 변경한다. 이에 따라, 자기 에너지 보존을 위하여 초전도 영구 전류가 변화된다. 따라서, SQUID(150)는 상기 초전도 영구 전류의 변화를 검출하여 전압신호로 출력할 수 있다.
제1 열-스위치(162)가 턴오프된 경우, 외부 전류원(168)이 제거되더라도 초전도 폐회로는 영구전류가 흐르는 상태로 남아있다. 외부 전류원(168)이 주입한 영구전류는 시험 질량 구조체(110)에 반발력을 제공한다. 따라서, 시험 질량체(114a)는 자체 무게로 인한 중력과 중력에 반대 방향으로 작용하는 반자성 반발력에 의하여 원점에 위치할 수 있다.
스프링이 늘어난 상태에서 힘의 평형이 이루어지면, 스프링 중력계는 비선형 성에 의한 오차를 발생시킨다. 따라서, 스프링 늘어나지 않은 상태에서 힘의 평형이 이루어지도록, 초전도체 박막(111)이 상기 시험 질량체(114a)의 하부면에 배치된다. 상기 초전도체 박막(111)은 영구 전류에 대하여 반자성에 의하여 반발력을 생성한다. 이에 따라, 상기 시험 질량체는 늘어나지 않은 상태에서 초기 동작할 수 있다.
상기 외부 전류원(168)을 제거하더라도, 상기 초전도 폐회로에는 소정의 전류가 무한히 흐른다. 이렇게 영구히 흐르는 전류는 초전도 영구 전류라고 불린다. 상기 초전도 폐회로는 자기 에너지(U)를 저장하며, 상기 자기 에너지는 보존된다.
Figure 112013084150916-pat00001
여기서, I0는 상기 초전도 폐회로에 흐르는 초전도 영구전류이고, L은 상기 측정용 초전도체 코일(120)의 인덕턴스이다. 상기 인덕턴스는 다음과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112013084150916-pat00002
여기서, μ0는 진공 투자율이고, n은 측정용 초전도체 코일의 단위 길이당 권선수이고, A는 상기 측정용 초전도체 코일의 면적이고, d는 상기 측정용 초전도체 코일(120)과 상기 시험 질량체(114a)의 하부면에 배치된 초전도 박막(111) 사이의 거리이고, D는 상기 측정용 초전도체 코일(120)과 상기 측정용 초전도체 코일이 배치된 기판의 배면에 배치된 배면 초전도 박막 사이의 거리이다.
상기 인덕턴스는 상기 시험 질량체의 초전도 박막와 상기 측정용 초전도체 코일 사이의 거리에 비례한다. 상기 거리(d)의 변화는 인덕턴스(L)를 변경한다. 자기 에너지는 보존되므로, 상기 인덕턴스의 변화는 상기 측정용 초전도체 코일에 흐르는 초전도 영구 전류를 변경한다.
상기 SQUID(150)의 출력은 신호 처리부에 연결될 수 있다. 상기 신호 처리부는 냉각되지 않는 외부에 배치될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 질량 구조체를 설명하는 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 시험 질량 구조체(110)는 중심축에서 반경 반향으로 진행함에 따라 적어도 하나의 슬릿(113a~113d)을 포함할 수 있다. 상기 슬릿(113a)은 일정한 폭을 가지고, 상기 슬릿(113a)의 시작점과 상기 슬릿(113a)의 끝 점 사이의 각도는 상기 시험 질량체 구조체(110)의 중심을 기준으로 90도 이상일 수 있다.
상기 시험 질량 구조체(110)는 디스크 형상이고, 방위각 방향을 따라 형성된 슬릿(113a~113d)을 포함할 수 있다. 상기 슬릿(113a~113d)은 상기 시험 질량 구조체(110)를 관통할 수 있다. 상기 시험 질량 구조체(110)의 직경은 수 밀리미터 내지 수 센티미터일 수 있다.
상기 시험 질량 구조체(110)는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿(113a~113d)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿(113a)은 제1 사분면과 제2 사분면에 배치되고, 제2 슬릿(113b)은 제2 사분면과 제3 사분면에 배치될 수 있다. 제3 슬릿(113c)은 제3 사분면과 제4 사분면에 배치되고, 제4 슬릿(113d)은 제4 사분면과 제1 사분면에 배치될 수 있다.
상기 제1 슬릿(113a)은 제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치(112a), 상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치(112b), 및 상기 제1 브랜치(112a)의 일단과 상기 제2 브랜치(112b)의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치(112c)를 포함할 수 있다.
상기 시험 질량 구조체(110)는 슬릿(113a~113d)의 내측에 배치되는 시험 질량체(114a), 상기 슬릿(113a~113d)의 외측에 배치되는 지지부(114c), 및 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 멤브레인 스프링(membrane spring, 114b)을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 스프링(114b)의 두께는 상기 시험 질량체(114a)의 두께 및 상기 지지부(114c)의 두께보다 작을 수 있다. 상기 초전도 박막(111)은 상기 시험 질량체(114a)의 하부면에 배치될 수 있다. 상기 시험 질량체(114a)의 하부면은 함몰된 함몰부(115)를 포함할 수 있다. 또는 상기 지지부(114c)의 하부면은 돌출될 수 있다. 이에 따라, 상기 시험 질량체(114a)가 이동할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
상기 초전도 박막(111)과 상기 시험 질량체(114a) 사이에는 절연막(117)이 개재될 수 있다. 상기 시험 질량체(117)는 실리콘일 수 있다. 상기 초전도 박막은 나이오븀일 수 있다.
상기 멤브레인 스프링(membrane spring)은 시험 질량체의 중력에 의하여 Z축 방향으로 늘어질 수 있다. 상기 멤브레인 스프링(membrane spring)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 가속도 측정 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 가속도 측정 장치는 시험 질량 구조체(110)과 초전도 SQUID 센서 모듈(102)을 포함할 수 있다. 시험 질량 구조체(110)과 초전도 SQUID 센서 모듈(102)은 서로 별도의 부품으로 가공되어 결합할 수 있다.
시험 질량 구조체(110)는 하부면에 초전도 박막(111)을 가지는 시험 질량체(114a) 및 상기 시험 질량체(114a)에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring,114b)을 포함하고 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 시험 질량 구조체(110)는 슬릿의 내측에 배치되는 시험 질량체(114a), 상기 슬릿의 외측에 배치되는 지지부(114c), 및 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 멤브레인 스프링(membrane spring,114b)을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 스프링(114b)의 두께는 상기 시험 질량체의 두께 및 상기 지지부의 두께보다 작고, 상기 초전도 박막은 상기 시험 질량체의 하부면에 배치될 수 있다. 상기 시험 질량체의 하부면은 함몰될 수 있다. 또는 상기 지지부의 하부면은 돌출될 수 있다. 상기 초전도 박막(111)과 상기 시험 질량체(114a) 사이에는 절연막(117)이 개재될 수 있다. 상기 시험 질량체 구조체(110)는 실리콘일 수 있다. 상기 초전도 박막은 나이오븀일 수 있다.
초전도 SQUID 센서 모듈(102)은 측정용 초전도체 코일(120), 변압기, 입력 코일, 및 SQUID를 포함한다. 초전도 SQUID 센서 모듈(120)은 상기 시험 질량체(114a)와 상기 측정용 초전도체 코일(120) 사이의 변위에 따른 영구 전류의 변화를 측정할 있다. 측정용 초전도체 코일(120)의 하부에는 배면 초전도 박막(184)이 배치될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(120), 변압기, 입력 코일, 및 SQUID는 기판(182)에 반도체 공정을 사용하여 집적될 수 있다.
상기 측정용 초전도체 코일(120)의 주위에는 상기 시험 질량 구조체(110)가 정렬되기 위한 가이드 링(170)이 배치될 수 있다. 상기 가이드 링(170)은 측정용 초전도체 코일과 별개로 제작되어 상기 측정용 초전도체 코일 상에 장착될 수 있다. 상기 가이드 링(170)은 절연체로 제작될 수 있다.
예를 들어, 중력 가속도가 증가하면, 상기 시험 질량체(114a)는 -z축 방향으로 이동할 수 있다. 측정용 초전도 코일의 인덕턴스가 변화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시험 질량 구조체를 설명하는 평면도이다.
상기 시험 질량체 구조체(310)는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿(313a~313d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬릿(313a)은 제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치(312a), 상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치(312b), 상기 제1 사분면에 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제3 브랜치(313c), 및 상기 제1 브랜치(312a)의 일단, 상기 제2 브랜치(312b)의 일단, 및 상기 제3 브랜치(312c)의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치(313d)를 포함할 수 있다.
상기 시험 질량 구조체(110)는 슬릿(313a~313d)의 내측에 배치되는 시험 질량체(314a), 상기 슬릿의 외측에 배치되는 지지부(314b), 및 상기 시험 질량체(314a)와 상기 지지부(314c) 사이의 멤브레인 스프링(membrane spring, 314c)을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 가속도 측정 장치를 설명하는 도면들이다.
도 6을 참조하면, 가속도 측정 장치(100)는 하부면에 초전도 박막을 가지는 시험 질량체 및 상기 시험 질량체에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고 일체형으로 형성된 시험 질량 구조체(110), 및 측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 SQUID를 포함하고 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일 사이의 변위에 따른 영구 전류의 변화를 측정하는 초전도 SQUID 센서 모듈(102)을 포함할 수 있다.
초전도 케이스(191)는 상기 시험 질량 구조체(110)와 상기 SQUID 센서 모듈(102)을 수납할 수 있다. 상기 초전도 케이스(191)는 나이오븀으로 형성될 수 있다. 상기 초전도 케이스(191)는 초전도재료(나이오븀(Nb) 또는 납(Pb))일 수 있다. 상기 초전도 케이스(191)는 전자기 잡음을 차폐할 수 있다. 중력변화로 인한 초전도 코일의 극미세 변화량이 전류변화를 유도하며 극미세 전류변화량을 측정하므로 외부로부터 전자기 교란 신호 차단이 요구된다. 초전도체 내부의 자기장은 영(zero)가 되어야 하므로, 초전도재료로 완전히 감싸게 되면 차폐가 이루어진다.
상기 진공 캔(192)은 상기 초전도 케이스(191)를 수납할 수 있다. 상기 진공 캔으로 배기된 후 헬륨 가스로 채워질 수 있다. 상기 진공 캔(192)은 초전도체로 형성될 수 있다.
외부 용기(193)는 상기 진공 캔(192)을 수납하고, 그 내부는 진공으로 유지될 수 있다. 상기 외부 용기(193)와 상기 진공 캔(192) 사이의 공간은 진공 상태이고, 외부의 열전달을 차단할 수 있다.
열전달 매체(196)는 상기 초전도 케이스(191)와 열 접촉하여 냉각할 수 있다. 상기 열전달 매체(196)는 구리봉일 수 있다.
극저온 냉동기(194)는 상기 열전달 매체(196)와 열접촉하고 상기 외부 용기(193)의 외부에 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 가속도 측정 장치(100a)는 시험 질량 구조체(110) 및 초전도 SQUID 센서 모듈(102)을 포함할 수 있다. 시험 질량 구조체(110)는
하부면에 초전도 박막을 가지는 시험 질량체 및 상기 시험 질량체에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고 일체형으로 형성된 시험 질량 구조체(110), 및 측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 SQUID를 포함하고 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일 사이의 변위에 따른 영구 전류의 변화를 측정하는 초전도 SQUID 센서 모듈(102)을 포함할 수 있다
초전도 케이스(191)는 상기 시험 질량 구조체(110)와 상기 SQUID 센서 모듈(102)을 수납할 수 있다. 상기 초전도 케이스(191)의 재질은 나이오븀일 수 있다. 상기 초전도 케이스(191)은 초전도체 재료로 구성될 수 있다.
진공 캔(192)은 상기 초전도 케이스(191)를 수납하고, 배기된 후 헬륨 가스로 채워질 수 있다. 상기 진공 캔(191)은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 진공 캔은 초전도체 재질로 구성될 수 있다.
내부 용기(195)는 상기 진공 캔(192)을 수납하고 액체 헬륨과 같은 냉매로 채워질 수 있다.
외부 용기(193)는 상기 내부 용기(195)를 수납하고, 상기 내부 용기와 상기 외부 용기 사이의 공간은 진공으로 유지될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 SQUID 센서 모듈을 설명하는 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, SQUID 센서 모듈(102)은 측정용 초전도체 코일(242), 변압기(250), 입력 코일(254), 및 SQUID(225)를 포함한다.
측정용 초전도체 코일(242)은 기판(212) 상에 배치되고 외부의 측정체(미도시)와 자기적으로 결합한다. 변압기(250)는 상기 기판(212) 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일(242)에 연결된 초전도 1차 코일(244) 및 상기 초전도 1차 코일(244)과 자기 결합하는 초전도 2차 코일(252)을 포함한다. 입력 코일(254)은 상기 기판(212) 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일(252)에 연결된다. SQUID(225)는 상기 기판(212) 상에 배치되고 상기 입력 코일(254)과 자기적 결합한다.
기판(212)은 측정용 초전도체 코일 영역, 변압기 영역, 입력 코일 영역, SQUID 영역을 포함할 수 있다. 제1 배선(223)은 기판(212) 상에 배치되어 상기 측정용 초전도체 코일(242)과 상기 초전도 1차 코일(244)을 비아(235.236)를 통하여 서로 연결할 수 있다.
입력 코일 영역과 SQUID 영역은 와셔(222)를 통하여 서로 중첩될 수 있다. 변압기 영역은 초전도 1차 코일 영역, 상기 초전도 1차 코일 영역과 중첩되는 초전도 2차 코일 영역, 초전도 1차 코일과 측정용 초전도체 코일을 전기적으로 연결하는 제2 배선 영역, 및 초전도 2차 코일과 입력 코일을 전기적으로 연결하는 제3 배선 영역을 포함할 수 있다.
기판(212) 상에 하부 절연막(214)이 배치될 수 있다. 상기 하부 절연막(214)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 기판(212)은 실리콘 단결정 기판 또는 사파이어 기판일 수 있다.
SQUID(225)는 한 쌍의 조셉슨 접합 및 와셔(222)를 포함할 수 있다. 상기 SQUID(225)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 와셔(222), 및 상기 와셔(222) 상에 형성된 한 쌍의 조셉슨 접합을 포함할 수 있다. 상기 조셉슨 접합은 차례로 적층된 제1 초전도층/절연층/제2 초전도층 구조를 가질 수 있다. 상기 조셉슨 접합의 제1 초전도층은 와셔와 연속적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 초전도층과 같은 평면 상에 제1 배선(223)이 배치될 수 있다. 상기 제1 배선(223)은 비아(235,236)를 통하여 측정용 초전도체 코일(242)과 초전도 1차 코일(244)을 연결할 수 있다. 제1 배선(223) 및 상기 조셉슨 접합은 식각 공정을 통하여 동시에 형성될 수 있다. 상기 제1 배선은 초전도체일 수 있다.
상기 제1 배선(223) 상에 제1 층간 절연막(232)이 배치될 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(232)은 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(232)은 와셔 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 층간 절연막(232)을 관통하는 비아들(vias,235,236)이 배치되고, 하나의 비아(236)는 상기 초전도 1차 코일(244)의 중심에 배치되고, 다른 비아(235)는 상기 측정용 초전도체 코일(242)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 비아들(235,236)은 상기 제1 층간 절연막(232) 하부의 제1 배선(223)을 통하여 서로 연결될 수 있다. 상기 비아들(235,236)은 초전도체일 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(232)의 상부면은 상기 제1 배선(223)에 의한 단차를 가질 수 있으나, 상기 제1 배선(223)의 두께는 수 마이크로 미터 이하로 평탄할 수 있다.
측정용 초전도체 코일(242)은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(242)은 제1 층간 절연막(232) 상에 배치될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(242)은 대략 100 턴 정도이고, 상기 측정용 초전도체 코일(242)의 직경은 수 밀리미터 수준일 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(242)은 팬케이크 코일일 수 있다. 바람직하게는, 상기 측정용 초전도체 코일(242)은 동일 평면에서 스파이럴 형태를 가질 수 있다.
초전도 1차 코일(244)은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 초전도 1차 코일(244)은 제1 층간 절연막(232) 상에 배치될 수 있다. 상기 초전도 1차 코일(244)은 대략 수십 턴 정도일 수 있다.
상기 측정용 초전도체 코일과 상기 초전도 1차 코일은 연결하는 제2 배선은 상기 제1 층간 절연막 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 배선은 초전도체일 수 있다.
상기 제1 층간 절연막(232) 및 상기 초전도 1차 코일(244) 상에 제2 층간 절연막(246)이 배치될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일(242) 상에는 제2 층간 절연막(246)이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 조셉슨 접합 상에도 제2 층간 절연막(246)이 배치되지 않을 수 있다.
상기 제2 층간 절연막(246)은 상기 제2 배선(243)의 일부 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 배선(243) 상의 제2 층간 절연막(246) 상에 제1 열-스위치를 구성하는 제1 저항 패턴(274)이 배치될 수 있다. 상기 제1 저항 패턴(274)은 팔라듐(Pd) 또는 산화텅스텐(WOx)일 수 있다. 상기 제2 층간 절연막은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 제1 저항 패턴(274) 상에는 제1 열-스위치 패드(282,283)가 배치될 수 있다. 제1 열-스위치 패드는 금(Au)일 수 있다. 제1 열-스위치 패드(282,283)를 통하여 외부 전원에 연결되면, 상기 제1 저항 패턴(274)은 발열할 수 있다.
또한, 제1 열 스위치의 양측에 배치된 제2 배선(243)의 부위는 상기 제2 층간 절연막(246)이 배치되지 않을 수 있다. 제2 배선(243)의 양측에는 영구 전류 주입 패드(281,284)가 배치될 수 있다. 영구 전류 주입 패드(281,284)는 금(Au)일 수 있다.
상기 영구 전류 주입 패드(281,284)를 통하여 외부 전류원에 연결되면, 상기 외부 전류원은 상기 측정용 초전도체 코일(242)과 초전도 1차 코일(244)이 구성하는 폐루프에 영구전류를 주입할 수 있다.
초전도 1차 코일(244) 상에는 제2 층간 절연막(246)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 초전도 1차 코일(244)과 정렬된 초전도 2차 코일(252)이 상기 제2 층간 절연막(246) 상에 배치될 수 있다. 상기 초전도 2차 코일(252)의 권선 수는 상기 초전도 1차 코일(244)과 동일할 수 있다. 상기 초전도 2차 코일(252)은 나이오븀일 수 있다.
또한, 상기 제2 층간 절연막(246) 상에 입력 코일(254)이 배치될 수 있다. 또한, 입력 코일(254)과 상기 초전도 2차 코일(252)을 연결하는 제3 배선(253)이 상기 제2 층간 절연막(246) 상에 배치될 수 있다. 상기 제3 배선은 초전도체일 수 있다.
입력 코일(254)은 초전도체로 형성되고, 상기 입력 코일(254)은 제2 층간 절연막(246) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 입력 코일(254)의 반경 방향을 따라 와셔(222)가 배치될 수 있다.
상기 초전도 2차 코일(252), 제3 배선(253), 및 입력 코일(254) 상에 제3 층간 절연막(256)이 배치될 수 있다. 상기 제3 층간 절연막(256)은 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 제3 층간 절연막(256)을 관통하는 비아들(264,266)이 배치될 수 있다. 하나의 비아(264)는 상기 초전도 2차 코일(252)의 중심에 연결되고, 다른 하나의 비아(266)는 상기 입력 코일(254)의 중심에 연결될 수 있다.
상기 제3 층간 절연막(256) 상에 제4 배선(263)이 배치될 수 있다. 상기 제4 배선(263)은 비아들(264,266)을 서로 연결할 수 있다. 상기 제4 배선(263)은 초전도체일 수 있다. 또한, 비아들(264,266)은 초전도체일 수 있다.
상기 제4 배선(263) 상에 제4 층간 절연막(272)이 배치될 수 있다. 상기 제4 층간 절연막(272)은 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 제3 층간 절연막(256)은 상기 제4 층간 절연막(272)과 정렬될 수 있다.
상기 제 4 층간 절연막(272) 상에 제2 저항 패턴(274)이 배치될 수 있다. 상기 제2 저항 패턴(274)은 팔라듐(Pd) 또는 산화텅스텐(WOx)일 수 있다.
상기 제2 저항 패턴(274) 상에는 한 쌍의 제2 열-스위치 패드(285,286)가 연결될 수 있다. 상기 제2 열-스위치 패드는 금(Au)일 수 있다.
상기 기판(212)의 배면 또는 하부면에는 배면 초전도 박막(290)이 배치될 수 있다.
초전도 SQUID 센서의 제조 방법은 기판(212) 상에 SQUID(225)를 형성하는 단계, 상기 기판(212) 상에 상기 SQUID와 이격되어 배치되고 초전도체로 형성된 측정용 초전도체 코일(242)을 생성하는 단계, 상기 기판(212) 상에 배치되고 상기 측정용 초전도체 코일(242)에 연결된 변압기의 초전도 1차 코일(244)을 형성하는 단계, 상기 초전도 1차 코일(244)과 자기 결합하는 상기 변압기의 초전도 2차 코일(252)을 형성하는 단계, 및 상기 SQUID와 자기 결합하고 상기 기판(212) 상에 배치되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일(254)을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 초전도 2차 코일과 상기 입력 코일은 동시에 형성될 수 있다. 상기 측정용 초전도체 코일과 변압기의 초전도 1차 코일은 동시에 형성될 수 있다.
초전도 박막, 층간 절연막, 저항 패턴, 열-스위치 패드, 및 영구 주입 패드는 리프트-오프 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 조셉슨 접합, 측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 배선은 포토 레지스트를 마스크로 하여 식각하여 형성될 수 있다.
이하, SQUID 센서 모듈의 제조 방법이 자세히 설명된다.
도 9a 내지 도 9o는 도 8a의 SQUID 센서 모듈의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, SQUID는 기판(212) 상에 형성된다. 구체적으로, 상기 기판(212)은 실리콘 단결정 기판, 또는 사파이어 기판일 수 있다. 상기 기판(212) 상에 하부 절연막(214)이 형성된다. 상기 하부 절연막은 실리콘 산화막일 수 있다. 제1 초전도층, 절연층, 및 제2 초전도층은 상기 하부 절연막(214)이 증착된 기판(212) 상에 차례로 증착될 수 있다. 상기 제1 초전도체층은 나이오븀이고, 상기 절연층은 산화산화알미늄(Al2O3) 또는 산화나이오븀(Nb2O5)일 수 있다. 상기 절연층의 두께는 수 nm 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 초전도층, 절연층, 및 제2 초전도층은 조셉슨 접합(Josephson junction)을 형성할 수 있다.
상기 제1 초전도층, 절연층, 및 제2 초전도층이 증착된 기판(212) 상에 포토 레지스트를 도포하고, 포토 리소그라피 공정을 이용하여, 상기 포토 레지스트 패턴(11)이 형성될 수 있다.
상기 기판(212)은 측정용 초전도체 코일이 배치되는 측정용 초전도체 코일 영역, 변압기가 배치되는 변압기 영역, 입력 코일이 배치되는 입력 코일 영역, 및 SQUID가 배치된 SQUID 영역으로 분리될 수 있다. 상기 SQUID 영역은 조셉슨 접합이 배치되는 영역일 수 있다. 상기 조셉슨 접합은 와셔(wsaher)를 통하여 상기 입력 코일과 자기적으로 결합할 수 있다. 상기 와셔는 직사각형 형태이고, 상기 입력 코일와 상기 와셔는 서로 중첩되는 영역을 가질 수 있다.
상기 포토 레지스트 패턴(11)은 SQUID 영역과 와셔(222) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(11)은 상기 측정용 초전도체 코일 영역과 상기 변압기의 초전도 1차 코일을 전기적으로 연결하는 초전도 1차 코일 영역의 일부 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 포토 레지스트 패턴(11)은 초전도 1차 코일 영역의 나머지 일부 및 초전도 2차 코일 영역 및 입력 코일 영역을 노출시킬 수 있다.
상기 포토 레지스트 패턴(11)을 마스크로 하여, 상기 제2 초전도층, 절연층, 제1 초전도층을 차례로 식각하여, 상기 측정용 초전도체 코일 영역 상에 제2 초전도 예비 패턴(226a), 예비 절연 패턴(224a), 및 제1 초전도 예비 패턴(222a)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(11)을 마스크로 하여, 상기 제2 초전도층, 절연층, 제1 초전도층을 차례로 식각하여, SQUID 영역 및 와셔 영역 상에 제2 초전도 예비 패턴(226a), 예비 절연 패턴(224a), 및 제1 초전도 예비 패턴(222a)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(11)은 제거될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 SQUID 영역 상에 포토 레지스트 패턴(12)이 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(12)을 마스크로 하여, 상기 제2 초전도 예비 패턴(226a) 및 예비 절연 패턴(224a)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 상기 SQUID 영역에는 한 쌍의 조셉슨 접합 패턴(226,224)이 형성될 수 있다. 상기 제1 초전도 예비 패턴(222a)은 폐루프(closed loop)를 형성하는 와셔(222)을 형성할 수 있다. 상기 와셔(222), 및 조셉슨 접합 패턴(226,224)은 조셉슨 접합을 형성할 수 있다. 또한, 상기 측정용 초전도체 코일과 상기 변압기의 1차 코일 영역의 일부에는 제1 배선(223)이 형성될 수 있다. 상기 제1 배선은 초전도체로 형성될 수 있다. 상기 제1 배선(223)은 초전도 1차 코일의 중심과 측정용 초전도체 코일의 중심을 비아를 통하여 서로 연결할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(12)은 제거될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(13)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(212)은 상기 제1 배선(223)의 양단 및 상기 조셉슨 접합 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(13)이 형성된 기판(212) 상에 제1 층간 절연막(232)이 증착될 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트(13)는 제거되어 상기 제1 배선(223)의 양단에는 비아홀(via-hole)이 형성되고, 상기 조셉슨 접합 상에 홀이 형성될 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스터(13)은 제거될 수 있다.
도 9d를 참조하면, 측정용 초전도체 코일 영역 및 변압기의 초전도 제1 코일 영역을 노출시키는 포토 레지스트 패턴(14)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(14)이 형성된 기판(212) 상에 제1 초전도 박막(234)이 증착될 수 있다. 상기 제1 초전도 박막(234)은 나이오븀일 수 있다. 상기 제1 초전도 박막(234)은 상기 비아홀(via-hole)을 채워서 비아(235,236)를 형성할 수 있다.
도 9e를 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴(14) 상에 증착된 제1 초전도 박막은 제거될 수 있다. 또한, 상기 포트레스트 패턴(14)은 제거될 수 있다. 이어서, 새로운 포토 레지스트 패턴(15)이 상기 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(14)은 측정용 초전도체 코일의 형상을 가지는 패턴 및 변압기의 초전도 1차 코일의 형상을 가지는 패턴을 포함할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(14)을 마스크로 하여, 상기 제1 초전도 박막(234)을 식각하여, 측정용 초전도체 코일(242), 변압기의 초전도 1차 코일(244), 및 상기 측정용 초전도체 코일과 상기 변압기의 초전도 1차 코일을 연결하는 제2 배선(243)이 형성될 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(14)은 제거될 수 있다.
도 9f를 참조하면, 상기 제2 배선(243)이 형성된 기판(212) 상에 포토 레지스트 패턴(16)이 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(16)은 제2 배선의 일부를 노출할 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(16)은 변압기의 초전도 1차 코일 영역 및 입력 코일 영역을 노출할 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(16)이 형성된 기판 상에 제2 층간 절연막(246)이 증착될 수 있다. 상기 제2 층간 절연막은 제2 배선(243)의 중간 영역, 초전도 2차 코일(244), 및 입력 코일 상에 배치될 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(16)은 제거될 수 있다.
도 9g를 참조하면, 새로운 포토 레지스트 패턴(17)이 상기 제2 층간 절연막(246)이 형성된 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(17)은 초전도 2차 코일 영역 및 입력 코일 영역을 노출시킬 수 있다. 이어서, 제2 초전도 박막(248)이 상기 포토 레지스트 패턴(17)이 형성된 기판(212) 상에 증착될 수 있다.
도 9h를 참조하면, 리프트-오프 공정을 통하여, 상기 포토 레지스트 패턴(17) 및 상기 포토 레지스트 패턴 상에 증착된 제2 초전도 박막은 제거될 수 있다. 이에 따라, 초전도 2차 코일 영역 및 입력 코일 영역 상에 제2 초전도 박막(248)이 배치될 수 있다.
이어서, 새로운 포토 레지스트 패턴(18)이 상기 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(18)은 변압기의 초전도 2차 코일 형상 및 입력 코일 형상을 포함할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(18)을 마스크로 상기 제2 초전도 박막(248)을 식각하여 초전도 2차 코일(252), 입력 코일(254), 및 상기 초전도 2차 코일과 상기 입력 코일을 연결하는 제3 배선(253)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴(18)은 제거될 수 있다.
도 9i를 참조하면, 새로운 포토 레지스트 패턴(19)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(19)은 초전도 2차 코일(252)의 중심 영역을 제외한 변압기의 2차 코일 영역을 노출할 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(19)은 제3 배선(253) 및 입력 코일(254)의 중심 영역을 제외한 입력 코일 영역을 노출할 수 있다. 이어서, 제3 층간 절연막(256)이 상기 기판(212) 상에 증착될 수 있다.
도 9j를 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴(19) 및 상기 포토레지스트 패턴(19) 상에 증착된 제3 층간 절연막이 제거될 수 있다. 이에 따라, 초전도 2차 코일(252)의 중심 영역에 비아홀(264a)이 형성되고, 입력 코일(254)의 중심 영역에 비아홀(266a)이 형성될 수 있다. 또한, 제3 층간 절연막(256)은 초전도 2차 코일 영역 및 입력 코일 영역 상에 배치될 수 있다.
도 9k를 참조하면, 새로운 포토 레지스트 패턴(20)이 상기 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(20)은 초전도 2차 코일 영역 및 입력 코일 영역을 노출시킬 수 있다. 이어서, 제3 초전도 박막(262)이 상기 기판(212) 상에 증착될 수 있다. 이에 따라, 상기 비아홀(264a,266a)은 초전도 물질로 채워져, 비아(264,266)를 형성할 수 있다.
도 9l를 참조하면, 리프트-오프 공정을 이용하여 상기 포토 레지스트 패턴(20)은 제거될 수 있다. 정밀한 패터닝을 위하여, 새로운 포토레지스트 패턴(21)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(21)은 상기 제3 초전도 박막의 일부를 노출하도록 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(21)을 마스크로 상기 제3 초전도 박막(262)을 식각하여 제4 배선(263)을 형성할 수 있다.
도 9m를 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴(21)은 제거될 수 있다. 새로운 포토 레지스트 패턴(22)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스 패턴(22)은 초전도 1차 코일 영역 및 입력 코일 영역을 노출시킬 수 있다. 이어서, 제4 층간 절연막(272)이 증착될 수 있다.
도 9n를 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴(22)은 제거될 수 있다. 이에 따라, 측정용 초전도체 코일(242) 및 제2 배선(242)의 일부가 노출될 수 있다. 이어서, 새로운 포토 레지스트 패턴(23)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(23)은 제2 배선(243) 상에 배치된 제2 층간 절연막(246)의 일부를 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(22)은 제4 배선(263) 상에 배치된 제4 층간 절연막(272)의 일부를 노출시킬 수 있다. 이어서, 저항성 박막(274)이 기판 상에 증착될 수 있다. 상기 저항성 박막은 팔라듐(Pd)일 수 있다.
도 9o를 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴(23)은 제거될 수 있다. 이에 따라, 제1 저항 패턴(275)이 상기 제2 층간 절연막(246) 상에 형성되고, 제2 저항 패턴(276)이 상기 제4 층간 절연막(272) 상에 형성될 수 있다. 이어서, 새로운 포토레지스트 패턴(24)이 기판(212) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(24)은 상기 제2 배선(234)의 양측의 일부를 노출하고, 상기 제1 저항 패턴(275)의 양단을 노출할 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴(24)은 상기 제2 저항 패턴(276)의 양단을 노출할 수 있다. 이어서, 도전체 박막(280)이 기판 상에 증착될 수 있다. 상기 도전체 박막은 금(Au)일 수 있다. 이에 따라, 제1 저항 패턴(275)의 양단에 연결된 제1 열-스위치 패드(282, 283)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 저항 패턴(274)의 양단에 연결된 제2 열-스위치 패드(285,286)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 배선(243)의 양측에 영구 전류를 주입하기 위한 영구전류 주입 패드(281,284)가 형성될 수 있다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(24)은 제거될 수 있다. 이어서, 상기 기판(212)의 배면 또는 뒷면에 초전도체 박막(290)이 형성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 시험 질량 구조체
120: 측정용 초전도체 코일
130: 변압기
140: 입력 코일
150: SQUID

Claims (20)

  1. 일면에 초전도체 박막을 가지고 탄성을 제공하는 시험 질량 구조체;
    기판에 패터닝되고 상기 시험 질량체 구조체의 상기 일면에 대향하여 배치되고 상기 시험 질량체 구조체와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일;
    상기 기판에 패터닝되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 초전도 1차 코일 및 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 초전도 2차 코일을 포함하는 변압기;
    상기 기판에 패터닝되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일; 및
    상기 기판에 패터닝되고 상기 입력 코일과 자기적 결합하는 SQUID를 포함하고,
    상기 측정용 초전도체 코일, 상기 변압기, 상기 입력 코일, 및 상기 SQUID는 일체형으로 상기 기판에 패터닝되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체는 중심축에서 반경 반향으로 진행함에 따라 적어도 하나의 슬릿을 포함하고,
    상기 슬릿은 일정한 폭을 가지고,
    상기 슬릿의 시작점과 슬릿의 끝 점 사이의 각도는 상기 시험 질량체의 중심을 기준으로 90도 이상인 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿을 포함하고,
    상기 제1 슬릿은:
    제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치;
    상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치; 및
    상기 제1 브랜치의 일단과 상기 제2 브랜치의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체는:
    상기 슬릿의 내측에 배치되는 시험 질량체;
    상기 상기 슬릿의 외측에 배치되는 지지부; 및
    상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고,
    상기 멤브레인 스프링의 두께는 상기 시험 질량체의 두께 및 상기 지지부의 두께보다 작고,
    상기 초전도 박막은 상기 시험 질량체의 하부면에 배치되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 시험 질량체의 하부면은 함몰된 것을 특징으로 가속도 측정 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 시험 질량체는 서로 90도 회전하여 배치된 제1 내지 제 4 슬릿을 포함하고,
    상기 제1 슬릿은:
    제1 사분면에 제1 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제1 브랜치;
    상기 제2 사분면에 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제2 브랜치;
    상기 제1 사분면에 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 방위각 방향으로 연장되는 제3 브랜체; 및
    상기 제1 브랜치의 일단, 상기 제2 브랜치의 일단, 및 상기 제3 브랜치의 일단을 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 직선 브랜치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 하부면에 배치된 배면 초전도 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 측정용 초전도체 코일의 주위에 배치되는 가이드 링을 더 포함하고,
    상기 가이드 링은 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체는 멤브레인 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  10. 하부면에 초전도 박막을 가지는 시험 질량체 및 상기 시험 질량체에 탄성을 제공하는 멤브레인 스프링(membrane spring)을 포함하고 일체형으로 형성된 시험 질량 구조체; 및
    측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 SQUID를 포함하고, 상기 시험 질량체와 상기 측정용 초전도체 코일 사이의 변위에 따른 영구 전류의 변화를 측정하는 초전도 SQUID 센서 모듈을 포함하고,
    상기 측정용 초전도체 코일, 변압기, 입력 코일, 및 SQUID은 일체형으로 기판에 패터닝되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체와 상기 SQUID 센서 모듈을 수납하는 초전도 케이스;
    상기 초전도 케이스를 수납하고 헬륨 가스로 채워진 진공 캔;
    상기 진공 캔을 수납하는 내부는 진공으로 유지되는 외부 용기;
    상기 초전도 케이스와 열 접촉하여 냉각하는 열전달 매체; 및
    상기 열전달 매체와 열접촉하고 상기 외부 용기의 외부에 배치된 극저온 냉동기; 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 시험 질량 구조체와 상기 SQUID 센서 모듈을 수납하는 초전도 케이스;
    상기 초전도 케이스를 수납하고 헬륨 가스로 채워진 진공 캔;
    상기 진공 캔을 수납하고 냉매로 채워지는 내부 용기; 및
    상기 내부 용기를 수납하고 진공으로 유지되는 외부 용기; 중에서 적어도 하나를 더 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치.
  13. 기판에 패터닝되고 외부의 측정체와 자기적으로 결합하는 측정용 초전도체 코일;
    상기 기판에 패터닝되고 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 초전도 1차 코일 및 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 초전도 2차 코일을 포함하는 변압기;
    상기 기판에 패터닝되고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일; 및
    상기 기판에 패터닝되고 상기 입력 코일과 자기적 결합하는 SQUID를 포함하고,
    상기 측정용 초전도체 코일, 상기 변압기, 상기 입력 코일, 및 상기 SQUID는 일체형으로 상기 기판에 패터닝되는 것을 특징으로 하는 SQUID 센서 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 초전도 1차 코일과 상기 측정용 초전도체 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 영구 전류 주입 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SQUID 센서 모듈.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 초전도 1차 코일과 상기 측정용 초전도체 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 제1 저항 패턴; 및
    상기 제1 저항 패턴 상에 형성된 제1 열-스위치 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SQUID 센서 모듈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 초전도 2차 코일과 입력 코일을 연결하는 배선 상에 배치된 제2 저항 패턴; 및
    상기 제2 저항 패턴 상에 형성된 제2 열-스위치 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SQUID 센서 모듈.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 초전도 1차 코일과 측정용 초전도체 코일의 하부에 배치되고 비아를 통하여 연결되는 제1 배선;
    상기 측정용 초전도체 코일과 상기 초전도 1차 코일을 연결하는 제2 배선;
    초전도 2차 코일과 입력 코일을 연결하는 제3 배선; 및
    초전도 2차 코일과 입력 코일을 비아를 통하여 연결하는 제4 배선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SQUID 센서 모듈.
  18. 기판 상에 SQUID를 패터닝하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 SQUID와 이격되어 배치되고 초전도체로 형성된 측정용 초전도체 코일을 패터닝하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 측정용 초전도체 코일에 연결된 변압기의 초전도 1차 코일을 패터닝하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 초전도 1차 코일과 자기 결합하는 상기 변압기의 초전도 2차 코일을 패터닝하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 SQUID와 자기 결합하고 상기 변압기의 초전도 2차 코일에 연결된 입력 코일을 패터닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 SQUID 센서의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 측정용 초전도체 코일과 상기 초전도 1차 코일은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 SQUID 센서의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 초전도 2차 코일과 상기 입력 코일은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 SQUID 센서의 제조 방법.
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