DE3888659T2

DE3888659T2 - Supraleitendes Magnetwiderstandsgerät.

Info

Publication number: DE3888659T2
Application number: DE3888659T
Authority: DE
Inventors: Shoei Kataoka; Ryusuke Kita; Hideo Nojima; Susumu Saitoh; Shuhei Tsuchimoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: EP0323187A2; US5126667A; EP0323187B1; DE3888659D1; EP0323187A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät für einen magnetischen Sensor.
Konventionellerweise werden magnetische Sensoren, welche den Hall- oder Magnetwiderstandseffekt in Halbleitern ausnützen, oder magnetische Sensoren, die Magnetwiderstandseffekte in magnetischen Materialien ausnützen, verbreitet angewendet, um magnetische Felder zu erfühlen oder zu messen. Der erste Sensortyp hat eine Empfindlichkeit, welche ein magnetisches Feld von etwa 10&supmin;² Gauss detektieren kann, und der zweite von etwa 10&supmin;³ Gauss.
Diese konventionellen magnetischen Sensoren haben jedoch verschiedene Nachteile. Sie haben einen relativ grossen spezifischen Widerstand R&sub0; selbst wenn kein angelegtes magnetisches Feld vorhanden ist.
Jedes Aenderungsverhältnis des Widerstandes aufgrund des magnetischen Feldes wird durch eine parabolische Kurve mit einem kleinen Koeffizienten dargestellt, wie es qualitativ in Figur 1 gezeigt wird. Da die Ausbeute ΔR im Widerstand proportional zum Quadrat der magnetischen Flussdichte B eines angelegten magnetischen Feldes ist, ist die Ausbeute in einem schwachen angelegten magnetischen Feld von z.B. mehreren 10 Gauss sehr klein. Das Verhältnis der Ausbeute ΔR zum spezifischen Widerstand R&sub0; (ΔR/R&sub0;) ist entsprechend in der Grösse von höchstens 1 %.
Im Gegensatz hierzu ist ein magnetischer Sensor basierend auf SQUID (Superconductive Quantum Interference Device), welcher den Josephson Kontakt verwendet, bekannt dafür, eine sehr hohe Empfindlichkeit zu haben, welche fähig ist, ein sehr schwaches magnetisches Feld von etwa 10&supmin;¹&sup0; Gauss zu detektieren. Strukturen aus Tunnelverbindung, Punktkontakt und Mikrobrücken wurden als Josephson Kontakt bekannt.
Magnetische Sensoren dieses Typs haben jedoch ziemlich empfindliche Strukturen und benötigen es, dass komplizierte Operationen während der Anwendung durchgeführt werden. Sie sind deshalb trotz ihrer hohen Empfindlichkeit nicht praktisch für die allgemeine Anwendung.
In unserer parallelen europäischen Patentanmeldung Nr. 88307044.3, eingereicht am 29. Juli 1988, und wie im Technical Digest of the International Electron Devices Meeting, publiziert am 6. Dezember 1987, Seiten 867-868, IEEE, gezeigt wird, wird ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät beschrieben, welches ein supraleitendes Material mit Korngrenzen enthält, welche als schwache Kopplungen wirken, und mit Mittel zur Verwendung einer Aenderung im Widerstand des Materials, welche erzeugt wird, wenn ein magnetisches Feld daran angelegt wird.
Wie schematisch in Figur 2 gezeigt wird, enthält das supraleitende Material supraleitende Körner 1 und diese verbindende Korngrenzen 2. Es wird angenommen oder vermutet, dass diese zufälligen Korngrenzen 2 verschiedene schwache Kopplungen 3 bilden, umfassend Tunnelverbindungen, Punktkontaktverbindungen und Mikrobrückenverbindungen, wie es durch die eguivalente Netzwerkschaltung von Figur 3 gezeigt wird. In deren supraleitenden Phase können individuelle Cooper-Paare frei durch die schwachen Verbindungen 3 (Josephson Verbindungen) treten und der Widerstand wird deshalb Null. Wird ein magnetisches Feld an den Supraleiter angelegt, werden einige der Josephson Verbindungen 3 auf gebrochen und der Supraleiter hat entsprechend einen elektrischen Widerstand. Ein Y-Ba- Cu-O keramischer Supraleiter kann als Supraleiter mit Korngrenzen verwendet werden. Er hat eine kritische Temperatur von etwa 90 K.
Figur 4 zeigt ein Beispiel eines magnetischen Sensorsystems, wie es in der oben identifizierten Anmeldung gezeigt wird.
In diesem System wird ein längliches rechteckiges Gerät 4 (1 x 7 x 0,7 mm³) aus einem keramischen, supraleitenden Y-Ba-Cu-O Material vorbereitet und in flüssigen Stickstoff (77 K) eingetaucht. Eine Stromversorgung 9 liefert einen Strom durch ein Paar von Elektroden 5 und 6, welche an entsprechenden Enden des Gerätes ausgeformt sind. Der Strom zwischen zwei Elektroden 7 und 8 wird gemessen, um die Aenderung des Widerstands des Gerätes bei Anlegen eines magnetischen Feldes B zu detektieren.
Figur 5 zeigt das erhaltene Resultat. Der Widerstand des Gerätes 4 ändert entsprechend der Stärke I des angelegten Stroms und jener des angelegten magnetischen Feldes B. Einer der Verdienste dieses Systemes ist, dass der spezifische Widerstand des Gerätes in der supraleitenden Phase Null ist, und ein anderer Verdienst ist, dass die Widerstandsänderung des Gerätes sehr steil ist, und dass es darum auf das angelegte magnetische Feld hochempfindlich ist.
Wegen seiner Empfindlichkeit fühlt jedoch der magnetische Sensor in diesem System ein magnetisches Feld, welches durch den Strom, der durch das Gerät fliesst, induziert wird. Um dieses Problem zu vermeiden ist es wünschbar, das Gerät linear zu gestalten, wie es in Figur 4 gezeigt wird. Ein solches lineares Gerät induziert jedoch ein zu seiner Länge proportionales magnetisches Feld, welches einen Fehler in der Messung der Stärke eines externen magnetischen Feldes erzeugt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einige der oben genannten Probleme zumindest teilweise zu mindern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein supraleitendes Magnetwidertandsgerät für ein magnetisches Sensorsystem zu zeigen, das eine Struktur hat, in welchem magnetische Felder, die durch den durch das Gerät fliessenden Strom induziert werden, die Messung externer magnetischer Felder nicht beeinflussen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung it es, einen magnetischen Sensor bereitzustellen, welcher fähig ist, ein magnetisches Feld mit einer ein- oder zweidimensionalen Verteilung zu detektieren.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetwidertandsgerät für ein Sensorsystem bereitgestellt, zum Erfühlen eines externen magnetischen Feldes durch Detektion der Widerstandsänderung eines supraleitenden stromführenden, im wesentlichen an seiner kritischen Temperatur gehaltenen Elements, wobei das Gerät das supraleitende Element umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Mehrzahl von Teilen aufweist, welche nahe zueinander und parallel zueinander ausgeformt sind und in Serie sind, um einen Pfad zur Aufnahme eines Stroms zu bilden, welcher bei Anwendung des Geräts durch jeweilen benachbarte Teile in jeweilen entgegengesetzte Richtungen zu fliessen veranlasst wird, um dadurch eine Auslöschung der durch den Strom in den Teilen induzierten magnetischen Felder zu bewirken.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird auch ein Sensorsystem bereitgestellt, zur Messung eines externen magnetischen Feldes, welches eines oder mehrere supraleitende Magnetwiderstandsgeräte wie oben definiert aufweist, sowie Versorgungsmittel zur Lieferung eines Stromes an jedes der Geräte, Mittel um die Geräte auf eine Temperatur nahe bei der kritischen Temperatur des supraleitenden Elementes, welches jedes Gerät bildet, zu kühlen, und Detektionsmittel zur Detektion einer Aenderung des Widerstands jedes Geräts.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die supraleitenden, stromdurchflossenen Elemente in einer Ebene ausgeformt, vorzugsweise durch Ablagerung auf ein Substrat. Eine weitere Ausführung der Erfindung enthält Elemente, die in einer Schichtstruktur ausgeformt sind.
Einige Ausführungen der Erfindung werden nun als Beispiele unter Bezug auf die beigelegten Figuren in folgender Weise beschrieben:
Figur 1 ist ein Diagramm, das die Magnetwiderstandseigenschaft eines konventionellen magnetischen Sensors zeigt;
Figur 2 ist eine vergrösserte schematische Schnittansicht eines keramischen Supraleiters zur Bildung eines supraleitenden Magnetwiderstandßgerätes gemäss der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 ist eine equivalente Schaltung um ein Netzwerk schwacher Kopplungen zu zeigen, die in dem keramischen Supraleiter gemäss Figur 2 gebildet werden;
Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des magnetischen Sensors, der in der parallelen Anmeldung mit der US-Nr. 226 067 gezeigt wird;
Figur 5 ist ein Diagramm, das die Magnetwiderstandseigenschaft des magnetischen Sensors von Figur 4 zeigt;
Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein magnetisches Sensorsystem gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 7 ist eine vergrösserte perspektivische Ansicht des supraleitenden Magnetwidertandsgerätes, welches im magnetischen Sensorsystem von Figur 6 gezeigt wird;
Figur 8 resp. Figur 9 sind Auf sichten, die andere Beispiele des supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes zeigen;
Figur 10 ist eine perspektivische Ansicht eines supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes mit Schichtstruktur;
Figur 11 ist eine vergrösserte Schnittansicht eines anderen supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes gemäss der vorliegenden Erfindung;
Figur 12 ist ein Diagramm, das die Magnetwiderstandseigenschaft des Gerätes nach Figur 11 zeigt;
die Figuren 13(I) und 13(II) sind schematische Aufsichten, die die Matrixstrukturen mehrerer supraleitender Magnetwiderstandsgeräte zur Detektion eines Musters eines externen magnetischen Feldes zeigen;
Figur 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht um eine dreidimensionale Matrix mehrerer supraleitender Magnetwiderstandsgeräte zur Detektion der Stärke und der Richtung eines magnetischen Feldes zu zeigen;
Figur 15 ist eine Seitenansicht eines magnetischen Sensors mit einer Kühlung gemäss der vorliegenden Erfindung;
Figur 16 ist eine Frontansicht eines magnetischen Sensors, welcher geeignet ist, die Orientierung eines externen magnetischen Feldes gemäss der vorliegenden Erfindung zu detektieren;
Figur 17 ist eine Frontansicht eines supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes, welches im magnetischen Sensor von Figur 16 verwendet wird; und Figuren 18(a), 18(b) und 18(c) sind erklärende Darstellungen, um die Wirkung des magnetischen Sensors von Figur 16 zu zeigen.
Figur 6 zeigt ein magnetisches Sensorsystem gemäss der vorliegenden Erfindung.
Das magnetische Sensorsystem umfasst ein supraleitendes Widerstandsgerät 11, welches in einem Gehäuse 12 aus nicht-magnetischem Material untergebracht ist, eine Kühlvorrichtung 13 zur Kühlung des Gerätes 11 mittels N&sub2; Gas hohen Druckes, um es im supraleitenden Zustand zu behalten, eine Schaltung 14 zur Erzeugung eines konstanten Stromes zur Anlegung an das Gerät 11, eine Detektionsschaltung 15 zur Detektion einer Spannung, die im Gerät 11 erzeugt wird, und einen Mikrocomputer 16, um die Schaltung 14 zur Erzeugung eines konstanten Stromes zu überwachen und Daten, die von der Spannungsdetektionsschaltung 15 ausgegeben werden, zu verarbeiten. Die verarbeiteten Daten werden auf einer Anzeige 17 dargestellt.
Wird ein externes magnetisches Feld B an das Gerät 11 in die durch Pfeil B gezeigte Richtung angelegt, misst die Detektionsschaltung 15 die Spannung, die im Gerät 11 erzeugt wird, und die gemessene Spannung wird vom Mikrocomputer 16 ausgewertet, um die Grösse des angelegten magnetischen Feldes zu erhalten.
Figur 7 zeigt das supraleitende Magnetwiderstandsgerät 11.
Das Gerät 11 umfasst ein Substrat 21 aus Aluminiumoxyd (Al&sub2;O&sub3;) und ein supraleitendes Magnetwiderstandselement 22, welches auf dem Substrat 21 ausgeformt ist. Das Element 22 wird auf dem Substrat 21 als dünner Film eines keramischen Supraleiters aus Y-Ba-Cu-O mittels des Sputtering-Verfahrens ausgeformt.
Dieses Element 22 hat zwei lineare Teile 22a und 22b, welche mit kleinem Abstand parallel zu einander verlaufen und welche über einen Verbindungsteil 22c an deren jeweiligen Enden verbunden sind. An den jeweiligen freien Enden der zwei linearen Teile 22a und 22b sind Elektroden 23a und 23b zum Anlegen eines Stroms an das Gerät 11 durch Ablagerung von Ti ausgeformt, und Leitungen 24a und 24b sind mit den Elektroden 23a und 23b verbunden, um den konstanten Strom von der Konstantstromquelle 14 an das Gerät 11 zu liefern. Ferner ist ein Paar von Elektroden 25a und 25b zur Messung einer im Gerät 11 erzeugten Spannung in Bereichen des Gerätes 11 nahe der Stromelektroden 23a und 23b ausgeformt. Zwei Leitungen 26a und 26b von der Spannungsdetektionsschaltung 15 sind mit diesen Elektroden 25a resp. 25b verbunden.
Wird ein konstanter Strom I an die Stromelektrode 23a angelegt, fliesst er durch den ersten linearen Teil 22a in eine durch Pfeil L angezeigte Richtung und kehrt dann über den verbindenden Teil 22c durch den zweiten linearen Teil 22b zur Stromelektrode 23b zurück, in der Richtung, die durch Pfeil M angezeigt wird.
Da der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten linearen Teil 22a und 22b sehr klein ist, heben sich magnetische Felder, die durch die in entgegengesetzten Richtungen durch den ersten und den zweiten linearen Teil 22a und 22b fliessenden Ströme erzeugt werden, auf. Dadurch wird das externe magnetische Feld B, welches zu detektieren ist, nicht durch diese entlang des ersten und zweiten linearen Teils 22a und 22b induzierten magnetischen Felder beeinflusst. Deshalb kann das Gerät 11 die Stärke des externen magnetischen Feldes B exakt bestimmen.
Das supraleitende Element 22 ist mittels eines supraleitenden Materials aus Y-Ba-Cu-O Oxyd herstellt, mit einer kritischen Temperatur von 90 bis 100 K. Dieses Material wird durch Sputtern auf dem Substrat aus Al&sub2;O&sub3; deponiert, um einen dünnen Film mit einer Dicke von etwa 10 µm zu bilden. Dieser Film wird unter Luft auf 900ºC aufgeheizt und dann allmählich abekühlt. Die dadurch erzeugte Komponente ist Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O&sub7;&submin;x (O < x < 1). Der Film wird durch Aetzen bearbeitet, um das Element 22 auf dem Substrat 21 zu bilden.
Dieser Film für das Gerät kann mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden, wie z.B. Vakuumbedampfung, CVD-Verfahren, Aufsprühverfahren zum Aufsprühen einer Lösung von Komponenten des supraleitenden Materials und dergleichen. Ein Substrat aus Silizium oder Ba&sub2;TiO&sub4; kann als Substrat für das Gerät 11 verwendet werden.
Es wird angenommen, dass die Empfindlichkeit des supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes durch einen Radius der darin enthaltenen Körner und den Zustand der Korngrenzen gegeben ist.
Das keramische supraleitende Material kann auch durch Sinterung wie folgt beschrieben hergestellt werden.
Pulver aus Y&sub2;O&sub3;, BaCO&sub3; und CuO werden in einem vorbestimmten Verhältnis abgewogen, um eine Komponente aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O&sub7;&submin;x (0 < x < 1) zu erhalten. Nach dem Mahlen und Mischen dieser Pulver werden Proben, die mit dieser Mischung hergestellt wurden, bei 900ºC für fünf Stunden in Luft kalziniert. Dann werden die Proben zerbrochen und in Pulver von Mikropartikeln mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 1 µm gemahlen. Dann wird das Pulver kalt zu Proben zusammengedrückt. Schliesslich werden diese Proben bei 1000ºC während drei Stunden in Luft gesintert.
Die Empfindlichkeit des supraleitenden Magnetwiderstandsgerätes, welches wie oben erwähnt durch Sinterung hergestellt wurde, hängt stark vom Radius der gemahlenen Mikropartikel ab.
Im Gegensatz zur Sintermethode, ist der Durchmesser der Körner, die den mittels der Ablagerungsmethode hergestellten supraleitenden Film bilden, im wesentlichen durch die Temperatur des Substrates während der Filmablagerung gegeben.
In der bevorzugten Ausführung wird der keramische supraleitende Film durch Sputtern des Materials auf das Substrat erzeugt, während es auf einer Temperatur von 300 bis 400ºC gehalten wird. Der deponierte Film wird bei 950ºC in Luft gesintert und danach allmählich abgekühlt.
Das Muster des Gerätes kann durch Beleuchtung mittels Laserstrahl, Elektronenstrahl oder Ionenstrahl der Teile des Filmes ausserhalb des Musters erzeugt werden, um diese in den normal leitenden Zustand überzuführen.
Die Figuren 8 und 9 zeigen wünschbare Muster des Geräts.
Das Muster, das in Figur 8 gezeigt wird, hat vier aufeinanderfolgende Grundmuster, die in Figur 7 gezeigt werden und parallel zueinander geformt sind. Dieses Muster hat eine viermal längere Strompfadlänge als jenes des Grundmusters. Entsprechend kann in diesem Muster mit dem gleichen Strom eine viermal grössere Ausgangsspannung erreicht werden. Die Anzahl der Grundmuster kann beliebig geändert werden.
Das Muster, das in Figur 9 gezeigt wird, ist so ausgeformt, dass es fünf parallele Teile hat, die nacheinander verbunden sind. Dieses Muster hat einen fünfmal längeren Strompfad als das Grundmuster.
Das Muster mit einer Struktur zur Auslöschung der durch entsprechende lineare Teile induzierten magnetischen Felder kann nicht nur als Muster in der Ebene sondern auch als gestapelte oder geschichtete Struktur realisiert werden.
Figur 10 zeigt ein Beispiel einer solchen gestapelten Struktur.
In diesem Beispiel enthält das Gerät 31 erste und zweite Elemente 32 und 33 und einen dazwischen angeordneten Isolationsfilm 34.
Jedes erste und zweite Element 32 und 33 hat ein lineares Muster aus einem supraleitenden Magnetwiderstandsmaterial, das auf jedem der Substrate 35 und 36 ausgeformt ist, wie durch eine gestrichelte Linie in Figur 10 angedeutet ist. Die Muster des ersten und des zweiten Elements sind zueinander identisch ausgeformt.
Je ein Ende dieser Muster des ersten und des zweiten Elements 32 und 33 sind durch eine in der Isolationsschicht 34 gebildete Durchführungsöffnung elektrisch miteinander verbunden.
An den anderen Enden dieser Muster sind Elektroden 38 resp. 39 ausgeformt, um einen konstanten Strom von der Konstantstromguelle 14 zuzuführen. Die Elektrode 38 wird durch eine Durchführungsöffnung 40 auf die obere Oberfläche des ersten Substrats 35 geführt.
In dieser Struktur wird die Richtung des Stroms, welcher durch das Gerät geführt wird, zwischen dem Muster des ersten Elementes 32 und jenem des zweiten Elementes 33 umgekehrt, weshalb entsprechende magnetische Felder, die entlang der Strompfade des ersten und des zweiten Elementes 32 und 33 induziert werden, einander perfekt aufheben.
Figur 11 zeigt ein anderes Beispiel des Gerätes 50 mit einer geschichteten Struktur.
In dieser Struktur sind sechs Schichten von 51 bis 56 eines supraleitenden Magnetwiderstandmaterials 5einer nach dem anderen abgelagert und eine Isolationsschicht 57 ist zwischen benachbarten Schichten ausgeformt, um diese ausser in einem Endteil zu isolieren. Die Isolationsschicht 57 zur Isolation des oberen Paares der benachbarten Schichten ist so geformt, dass sie sich in einer Richtung umgekehrt zu jener des unteren Paares der anschliessenden Schichten erstreckt, und somit wird ein gefalteter Strompfad im Gerät 50 gebildet. An den untersten und obersten Schichten 51 und 56 ist ein Paar von Elektroden 58a und 58b zur Anlegung eines konstanten Stromes I von der Konstantstromquelle 14 und ein Paar von Elektroden 59a und 59b zur Messung einer im Gerät 50 erzeugten Spannung mittels der Detektionsschaltung wie z.B. einem Potentialmessgerät 15, ausgeformt.
Da die Richtung des Stromes zwischen aneinanderliegenden Schichten umgekehrt wird, heben sich die von den durch benachbarte Schichten fliessenden Ströme induzierten magnetischen Felder perfekt auf.
Diese Struktur ist äusserst vorteilhaft, da die Ausgangs spannung oder der zu messende Widerstand unabhängig von der Stärke des an das Gerät anzulegenden Stromes ist, weil kein internes magnetisches Feld im Gerät 50 erzeugt wird und der Widerstand des Gerätes entsprechend nur durch das daran angelegte externe magnetische Feld bestimmt wird.
Figur 12 ist ein Diagramm, das durch Messung mittels des Gerätes 50 mit der in Figur 11 gezeigten Struktur erhalten wurde. Die Magnetwiderstandscharakteristik, welche man erhält, wenn der Strom von 0,1 mA angelegt wird, fällt im wesentlichen mit jener zusammen, welche man erhält, wenn der Strom von 0,01 mA angelegt wird.
Die Figuren 13(I) und 13(II) zeigen einen eindimensionalen magnetischen Reihensensor resp. einen zweidimensionalen magnetischen Array-Sensor.
Im eindimensionalen magnetischen Reihensensor 5ist eine Vielzahl supraleitender Magnetwiderstandsgeräte 61-1 bis 61-n parallel zueinander zwischen den Leitungen 62 und 63 mit einer Stromquelle verbunden.
Mit jedem der Geräte ist ein Widerstand 64 seriell verbunden und jeder Ausgangsanschluss 65 wird von einem Bereich zwischen jedem Gerät und jedem Widerstand herausgeführt.
Wenn ein magnetisches Feld mit einem eindimensionalen Muster an den Sensor angelegt wird, wird das Muster basierend auf den von den einzelnen Geräten 61-1 bis 61-n des Sensors ausgegebenen Daten detektiert. Das Gerät mit einem Muster, wie es in einer der Figuren 7 bis 11 gezeigt ist, wird für jedes Gerät des Sensors verwendet.
Im zweidimensionalen magnetischen Matrixsensor, der in Figur 13(II) gezeigt wird, ist eine Vielzahl von supraleitenden Magnetwiderstandsgeräten in einer Matrixform angeordnet.
In diesem Fall kann aufgrund der von den individuellen Geräten aus gegebenen Daten ein zweidimensionales magnetisches Muster detektiert werden.
In Figur 14 wird ein dreidimensionaler magnetischer Sensor gezeigt. In diesem dreidimensionalen magnetischen Sensor sind drei supraleitende Magnetwiderstandsgeräte 91, 92 und 93, wie sie oben beschrieben sind, in drei senkrechten Koordinatenachsen X, Y resp. Z angeordnet.
Wenn ein externes magnetisches Feld HM an den magnetischen Sensor angelegt wird, kann dessen Richtung und Stärke basierend aufgrund der entsprechenden Ausgangsdaten der individuellen Geräte 91, 92 und 93 errechnet werden.
Figur 15 zeigt ein Kühlgerät für das Gerät 11, welches den Peltier-Effekt benutzt und welches als Kaskadenstruktur von zwei Stufen von Peltier-Effekt- Bauteilen aufgebaut ist.
In Figur 15 bezeichnet die Referenznummer 41 eine Wärmeabstrahlungsplatte aus Metall, die Referenznummer 42 eine Kühlplatte aus Metall, die Referenznummer 43 einen Isolator, die Referenznummern 44a und 44b bezeichnen p-Typ resp. n-Typ Halbleiterbauteile und die Referenznummer 45 bezeichnet ein Wärmeabstrahlungssubstrat.
Figur 16 zeigt ein weiteres Beispiel eines magnetischen Sensors 101.
Dieser Sensor 101 enthält zwei stabartige Elemente 102 und 102' aus einem Material mit hoher Permeabilität und ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät 103, welches zwischen die zwei Elemente 102 und 102' eingefügt ist. Wie in Figur 17 gezeigt wird besteht das Gerät 103 aus einem Substrat 105 und einem Element 106 mit gefaltetem linearen Muster eines supraleitenden Magnetwiderstandsmaterials, das darauf abgelagert ist. Ein konstanter Strom wird von einem Paar von Elektroden 107a und 107b angelegt, die an entsprechenden Endbereichen des Musterelements 106 ausgeformt sind.
Wenn der magnetische Sensor 101 parallel zum magnetischen Fluss des magnetischen Feldes ist, wie in Figur 18(a) gezeigt wird, wird der magnetische Fluss in das stabartige Element 102 oder 102' gesammelt, wodurch ein starkes magnetisches Feld an das Gerät 103 angelegt wird, um einen hohen Widerstand im Gerät zu erzeugen.
Wenn der magnetische Sensor 101 andererseits schräg unter einem Winkel zum magnetischen Fluss eines magnetischen Feldes steht, wie in Figur 18(b) gezeigt wird, wird der magnetische Fluss nicht so sehr in das stabartige Element 102 und 102' gesammelt. Deshalb wird ein an das Gerät 103 angelegtes magnetisches Feld beträchtlich schwach. Und wenn der magnetische Sensor 101 senkrecht zum magnetischen Fluss eines magnetischen Feldes gerichtet ist, wie es in Figur 18(c) gezeigt wird, tritt der ganze magnetische Fluss frei durch jedes der stabartigen Elemente 102 und 102', wodurch nichts des magnetischen Feldes an das Gerät 103 angelegt wird. Somit kann die Richtung des magnetischen Feldes relativ zum magnetischen Sensor aufgrund der vom Gerät 103 ausgegebenen Daten detektiert werden.
Es ist klar dass verschiedene andere Modifikationen möglich und für Fachleute einfach ausführbar sind, ohne vom Bereich und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweisen.

Claims

1. Ein Magnetwiderstandsgerät (11; 31; 50) für ein Sensorsystem zum Erfühlen eines externen magnetischen Felds durch Detektion der Widerstandsänderung eines supraleitenden stromführenden, im wesentlichen an seiner kritischen Temperatur gehaltenen Elements (22; 32, 33), wobei das Gerät das supraleitende Element (22; 32, 33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Mehrzahl von Teilen (22a, 22b; 51, ... 56) aufweist, welche nahe zueinander und parallel zueinander ausgeformt sind und in Serie sind, um einen Pfad zur Aufnahme eines Stroms zu bilden, welcher bei Anwendung des Geräts (11; 31; 50) durch jeweilen benachbarte Teile (22a, 22b; 51, 56) in jeweilen entgegengesetzte Richtungen zu fliessen veranlasst wird, um dadurch eine Auslöschung der durch den Storm in den Teilen (22a, 22b; 51, ..., 56) induzierten magnetischen Felder zu bewirken.

2. Ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät (11; 31) nach Anspruch 1, in welchem das Element (22; 32, 33) in einer Ebene ausgeformt ist.

3. Ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät (11; 31) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welchem das Element (22; 32, 33) durch Ablagerung auf einem Substrat (21; 35, 36) ausgeformt ist.

4. Ein supraleitendes Magnetwiderstandsgerät (50) nach Anspruch 1, in welchem das Element in dessen Querschnitt betrachtet durch eine geschichtete Struktur (32, 33, 34; 51, ..., 56) gebildet wird.

5. Ein Sensorsystem zum Erfühlen eines externen magnetischen Feldes, welches eines oder mehrere supraleitende Magnetwiderstandsgeräte (11; 31; 50) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche aufweist, sowie Versorgungsmittel zur Lieferung eines Stroms an jedes der Geräte (11; 31, 50), Mittel um die Geräte (11; 31, 50) auf einer Temperatur nahe bei der kritischen Temperatur des supraleitenden Elements, welches jedes Gerät (11; 31; 50) bildet, zu halten, und Detektionsmittel zur Detektion einer Aenderung des Widerstands jedes Geräts (11; 31; 50).

6. Ein Sensorsystem nach Anspruch 5, welches eine Mehrzahl von Geräten aufweist, welche so angeordnet sind, dass sie ein vorgegebenes Muster bilden.

7. Ein Sensorsystem nach Anspruch 6, in welchem das Muster eine eindimensionale Reihe (61,1.. .61,n) ist.

8. Ein Sensorsystem nach Anspruch 6, in welchem das Muster eine zweidimensionale Anordnung (61,1.. .61,"n) ist.

9. Ein Sensorsystem nach Anspruch 6, in welchem das Muster eine dreidimensionale Anordnung umfasst.

10. Ein Apparat zur Messung eines externen magnetischen Felds, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat eine Anordnung von Geräten gemäss irgendeinem der Ansprüche 1-4 aufweist, die entsprechende supraleitende Magnetwiderstands-Elemente (22; 32, 33; 61-1...n; 71- 1...m, 81-1...n) aufweisen, in welchen die Widerstandsänderungen aufgrund des externen Feldes individuell detektiert werden können, während die Anordnung im wesentlichen bei der kritischen Temperatur der Elemente (22; 32, 33; 61-1...n; 71-1...m, 81-1...n) gehalten wird.