DE69101788T2

DE69101788T2 - Hochsymmetrischer gleichstrom-squid.

Info

Publication number: DE69101788T2
Application number: DE69101788T
Authority: DE
Inventors: Michael Simmonds
Original assignee: Quantum Magnetics Inc
Current assignee: Quantum Design Inc
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2011-06-15
Also published as: CA2089181C; EP0545948A1; JPH06500429A; WO1992004638A1; EP0545948B1; US5053834A; JP2533428B2; CA2089181A1; DE69101788D1; US5319307A; AU8227691A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gleichstrom-SQUID-System und insbesondere auf ein derartiges System, das in einer "Washer"-Anordnung bzw. in einem Aufbau mit einer perforierten Schicht vorliegt und das Eingabespulen, Modulationsspulen und eine geschlitzte Grundplatte aufweist.
Supraleitende Quanteninterferenzeinrichtungen (SQUID) sind seit mehreren Jahren im Handel erhältlich. SQUIDs sind die empfindlichsten Sensoren für Magnetfelder oder kleine Spannungen, die zur Zeit erhältlich sind. Die Wirkungsweise bzw. der Betrieb von SQUID-Sensoren basiert auf zwei Effekten, die nur beim Vorhandensein von Supraleitung beobachtbar sind. Es sind dies Flußquantisierung und Josephson-Effekte. SQUID-Sensoren nutzen im allgemeinen ein oder zwei Josephson-Kontakte, die innerhalb einer geschlossenen, supraleitenden Schleife miteinander verbunden sind.
SQUID-Systeme haben verschiedene Formen angenommen, aber was eine akzeptierte Form für Dünnschichtanordnungen geworden ist, ist die "Washer"-Anordnung bzw. der Aufbau in Schichten, bei der eine Schicht perforiert ist, die bzw. der eine niedrige Induküvität in der SQUID-Schleife und eine starke Ankopplung an Eingabespulen mit mehreren Windungen erzielt, indem die Schleife in einer geschlitzten Grundplatte eingebracht wird. Diese Anordnung brachte den ersten praktisch verwendbaren Dünnschicht-SQUID, der in einer planaren Anordnung hergestellt werden konnte, hervor. Sehr empfindliche Einrichtungen mit niedrigem Rauschen und mit zweckmäßigen großen Eingabespuleninduktivitäten sind unter Verwendung dieser Anordnung im Laufe der Jahre hergestellt worden. Diese weit verbreitet verwendete "Washer"-Anordnung ist beschrieben in: Jaycox et al., Planar Coupling Scheme For Ultra Low Noise DC SQUIDs, IEEE Trans. Magn., MAG-17, S.400-403 (Januar 1981).
Eine Modulationsspule dieser herkömmlichen Anordnung hat eine Schleife mit einer einzigen Wicklung um die Außenseite einer Signalspule, die mehrere Wicklungen hat, herum. Dies bewirkt eine hohe gegenseitige Induktivität zwischen den Modulations- und Eingabespulen, was in einem angewendeten System unerwünscht ist, weil in der Modulationsspule erzeugte Erregungsströme als Ausgangssignal in der Signalspule erscheinen. Dies ist analog dem Problem, das erzeugt wird, wenn ein nicht ausbalancierter Mischverstärker in einer Radioempfängerschaltung verwendet wird. Ein Beispiel einer Modulationsspule, die in Verbindung mit einem SQUID verwendet wird, ist in EP-A-0 337 123 gezeigt.
Für viele Anwendungen ist es nicht erwünscht, daß die SQUID-Schleife selbst empfindlich für gleichförmige Magnetfelder ist, weil magnetischer Fluß in sie nur durch die Signalspule gekoppelt werden sollte. Es ist möglich doppelte "Washer"-Anordnungen herzustellen, bei denen die beiden perforierten Schichten ein Gradiometer bilden, um die Einflüsse gleichförmiger Felder fernzuhalten. In diesen Anordnungen jedoch koppelt sich der Vorspannstrom, der durch die Josephson-Kontakte gehen muß magnetisch in die SQUID-Schleife ein. Dies bewirkt eine unerwünschte Wechselwirkung, die Rauschen und Drift von der Erregungselektronik in den SQUID-Sensor hineinträgt.
Die nicht symmetrische Weise, in der Erregungsströme in die Kontakte hineingetragen werden, macht außerdem den SQUID übermäßig empfindlich für Gleichtaktstörungen, die durch die Vorspannungsleitungen aufgenommen werden können, die von der elektronischen Erregungseinheit bei Zimmertemperatur hinunter zu dem SQUID-Sensor in der kryogenen bzw. heruntergekühlten Umgebung gehen. Wiederum wird dieses Rauschen eine Einflußgröße auf das Ausgangsssignal.
Eine Druckschrift, die vorschlägt, parallele SQUID-Schleifen zu konstruieren, ist die US-A-4 064 029. Das Ausschließen des Übersprechens zwischen den Spulen eines SQUIDs ist beschrieben in: Proceedings of the IEEE, Vol.77, Nr.8, August 1989, Seiten 1208-1223. Von keiner der erwähnten Referenzen wird die hier beschriebene Erfindung vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Ganz allgemein gesagt, befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einen SQUID-System, welches nominell keine Gegeninduktivität zwischen Gruppen aus Signalspulen und Modulationsspulen aufweist, wenn der SQUID für einen normalen Betrieb angesteuert bzw. unter Vorspannung gesetzt wird. Ströme, die in der Modulationsspule fließen, werden nicht in die Eingangsspule eingekoppelt. Dies macht die Einrichtung einseitiger, was eine wünschenswerte Eigenschaft ist. Darüberhinaus werden Ströme, die in die Josephson-Kontakte hineinfließen, nicht in die SQUID-Schleife eingekoppelt. Dies macht die Einrichtung unempfindlicher gegenüber Fluktuationen oder Rauschen in dem Vorspannstromschaltkreis. Zusätzlich koppelt Netzspannungsrauschen auf den Versorgungsleitungen, Modulationsspulen oder Signalspulen nicht in die Kontakte ein.
Diese Verbesserungen werden herbeigeführt, indem ein ausbalanciertes Dünnschicht-DC-SQUID-- System mit einem Substrat, einer supraleitenden Grundebenenschicht auf diesem Substrat, wobei die supraleitenden Grundebenenschicht mit einem Schlitz ausgebildet ist, der an jedem einer Enden eine vergrößerte Öffnung hat, Dünnschicht-Josephson-Kontakteinrichtungen, die auf dem Substrat angeordnet sind, wobei diese Josephson-Kontakteinrichtungen Teil einer SQUID-Schleife sind, Einrichtungen zur Miteinanderverbindung dieser Josephson-Kontakteinrichtungen, einer Dünnschicht-Signalspule, die mit jeder der vergrößerten Öffnungen an den Enden des Schlitzes in einer Ankopplungsbeziehung steht, und Einrichtungen zur Aufprägung eines Vorspannstromes auf die Josephson-Kontakteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß: die supraleitfähige Grundebenenschicht mit ersten und zweiten Schlitzen ausgebildet ist, welche zwischen ihren Enden sich gegenseitig schneiden, wobei jeder Schlitz an jedem seiner Enden eine vergrößerte Öffnung hat; die Josephson-Kontakteinrichtungen auf diagonal gegenüberliegenden Ecken der Grundebene an der Schnittstelle der Schlitze angeordnet sind, die Einrichtungen zum Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen sich über die Schnittstelle hinweg erstrecken, und ein elektrisch ausbalanciertes, physikalisch (räumlich) symmetrisches Paar von Dünnschicht-- Modulationsspulen vorgesehen ist, wobei jede Modulationsspule in Ankopplungsbeziehung mit einer der vergrößerten Öffnungen an den entgegengesetzten Enden des jeweils anderen der ersten oder zweiten Schlitze steht, wobei der Vorspannstrom den Josephson-Kontakteinrichtungen derartig aufgeprägt ist, daß er die durch die Modulationsspulenanordnung geschaffene Symmetrie nicht stört.
Andere Aspekte der Symmetrie des Systems werden noch beschrieben. Vier getrennte elektrische Leitungen sind vorgesehen, durch die die Josephson-Kontakte mit Vorspannung belegt werden. Zwei dieser Leitungen sind mit einer Seite der parallelen Josephson-Kontakte verbunden, während die beiden anderen Leitungen mit der großen Grundebenenstmktur der SQUID-Schleife verbunden sind. Der äußere Schaltkreis ist so ausgelegt, daß er die höchst ausbalancierte Grundeigenschaft des Chips erhält und dafür sorgt, daß Ströme gleicher Stärke in allen vier Vorspannungsleitungen fließen. Eine zusätzliche Eigenschaft ist eine supraleitende Abschirmschicht oben auf dem SQUID-Chip, die Übersprechinduktivitäten und RFI (Radiofrequenzinterferenz)-Empfindlichkeit weiter verringert und die Kopplung in den Signal- und Modulationsspulen verbessert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Ziele, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher verständlich, wenn sie in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines DC-SQUIDs in "Washer"-Anordnung gemäß dem Stand der Technik mit einem integrierten Flußtransformator und einer Modulationsspule ist;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Dünnschichteinrichtung aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die gemäß der Erfindung konstruierten (Josephson-)Kontakt- und Verdrahtungsebenen des SQUIDs ist;
Fig. 4 den Transformatorschaltkreis der Struktur aus Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Spulenschicht der ausbalancierten SQUID-Anordnung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 ein Schema des Schaltkreises zum Einspeisen des Vorspannstromes und zur Gewinnung des Ausgangssignals aus dem Chip der Fig. 2 ist;
Fig. 7 eine Draufsicht ähnlich wie Fig. 3 ist, die eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine alternative Ausführungsform ähnlich wie Fig. 4 ist, mit einem zusätzlichen Schaltkreis zur Resonanzunterdrückung; und
Fig. 9 eine alternative Anordnung des Resonanzunterdrückungsschaltkreises aus Fig. 8 ist.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Unter Bezug auf die Zeichnung, insbesondere auf deren Figuren 1 und 2, wird nun die klassische "Washer"-Anordnung mit ihrer integrierten Aufnehmerschleife, die mit der Signalspule verbunden ist, dargestellt. Genauer gesagt, ist die Aufnehmerschleife 11 mit der Signalspule 12 verbunden, die an die SQUID-Schleife 13 angekoppelt ist. Die Modulationsspule 14 mit einer Windung befindet sich um die Außenseite der Signalspule 12, die mehrere Windungen aufweist, herum. Wie zuvor ausgeführt, bewirkt dies eine hohe gegenseitige Induktivität zwischen den Modulations- und Eingabespulen. Dies kann in tatsächlich verwendeten Einrichtungen unerwünscht sein, weil in die Modulationsspule eingespeiste Erregungsströme als Ausgangssignal der Signalspule erscheinen. Die Vorspannungsleitungen 15 und 16 zu dem Kontakt sind in Fig. 2 anschaulicher dargestellt.
Die vorliegende Erfindung wird nun erläutert. Die Kontaktschicht bzw. die Josephson-Kontaktschicht, die die Grundebenenschicht und die Verdrahtungsschicht mitbeinhaltet, ist in Fig. 3 gezeigt. Die Basis- oder Grundebenenschicht 21 ist normalerweise ein Niobplättchen mit einer Dicke im Bereich von 200 nm, die auf einem isolierenden Substrat aufgebracht ist. Diese Konfiguration verwendet den "Washer"-Aufbau, aber in einer ausbalancierten Anordnung. Die Schlitze 22 und 23 sind in einer gekreuzten Beziehung zueinander in der Niobschicht unter einem Winkel von etwa 90 Grad ausgebildet. Am Ende des Schlitzes 22 sind Löcher 24 und 25, die die einwindigen Sekundärspulen für die zwei Signaltransformatoren des SQUIDs bilden. In gleicher Weise sind die Löcher 26 und 27 an entgegengesetzten Enden des Schlitzes 23 angebracht und bilden die einwindigen Sekundärspulen für die Modulationstransformatoren. Die Josephson-Kontakte sind durch kleine Kreise 31 und 32 nahe dem Schnittpunkt der Schlitze dargestellt. Diese Kontakte sind durch die Verkabelungs- bzw. die Verdrahtungsschicht mittels des Verbindungsgliedes 33 verbunden, welches sich oberhalb einer isolierenden Schicht oberhalb der Niobschicht 21 befindet und eine elektrische Verbindung zu der Grundebenenschicht nur am Punkt der Josephson-Kontakte herstellt. Eine Widerstandsschicht und eine weitere Isolierschicht sind oberhalb jener in Figur 3 gezeigten in herkömmlicher Weise angebracht. Diese Schichten und Bauteile sind nicht gezeigt.
Die Eingabevorspannung wird an die Niobkontaktflächen 35 und 36 angelegt und durch die Verbindung 33 mittels jeweils supraleitender Drahtverbindungen oder Leitungen 41 und 42 zu den Josephson-Kontakten gebracht. Um den Schaltkreis zu vervollständigen, sind die Vorspannungsausgangsleitungen 44 und 45 mit den entsprechenden Niobanschlußflächen 46 und 47 verbunden.
Dieser Schaltkreis, der aus der SQUID-Schleife und den Modulations- und Signalspulen besteht, die induktiv an die einwindigen Sekundarspulen 24, 25, 26 und 27 gekoppelt sind, ist in Figur 4 schematisch gezeigt. Die Josephson-Kontakte 31 und 32 sind miteinander verbunden mittels der Verbindung 33, an die Vorspannungseingangsleitungen 41 und 42 angeschlossen sind. Die Vorspannungsausgangsleitung 44 ist zwischen der Signalspule 24 und der Modulationsspule 26 angeschlossen. Die Vorspannungsausgangsleitung 45 ist zwischen der Signalspule 25 und der Modulationsspule 27 angeschlossen. Figur 4 bietet außerdem bezüglich der Konzeption eine gute Überleitung zwischen Figur 3 und Figur 5.
Die nächste Schicht oberhalb einer Isolierschicht aus Siliziummonoxid (nicht gezeigt), die sich oberhalb des Schaltkreises aus Figur 3 befindet und typischerweise 300 nm dick ist, ist die in Figur 5 gezeigte Spulenschicht. Die Signalspule 52 ist mit den Niobanschlußflächen 53 und 54 verbunden. Diese Spule ist der andere Teil des in Figur 4 gezeigten Signaltransformators 55. Die Signalspule 56 ist mit den Niobanschlußflächen 57 und 58 verbunden und bildet die andere Spule des Signaltransformators 61. Die Modulationsspule 62 ist mit den Niobanschlußflächen 63 und 64 verbunden und bildet die andere Spule des Modulationstransformators 65. Die Modulationsspule 66 ist mit den Niobanschlußflächen 67 und 68 verbunden und bildet die andere Spule des Modulationstransformators 71. Die Vorspannungseingangsleitungen 41 und 42 und die Vorspannungsausgangsleitungen 44 und 45 sind ebenfalls in Figur 5 dargestellt.
Hinzuweisen ist auf die Reihenschaltung der Signalspulen 52 und 56 mittels der Verbindungsleitung 72 in Figur 4. Die Modulationsspulen 62 und 66 sind mittels der Leitung 73 in Reihe geschaltet. Die in Figur 4 gezeigten unverbundenen Enden der Signal- und Modulationsspulen sind mit externen Schaltkreisen oder Komponenten in normaler Weise verbunden, wie es für jedermann einleuchtend ist, der mit dieser Art SQUID vertraut ist
Der Schaltkreis der Figur 6 zeigt die Art und Weise, mit der der Vorspannstrom dem SQUID-Chip aufgeprägt wird und wie das Ausgangssignal daraus gewonnen wird. Die SQUID-Schleife ist auf dem Chip 74 gezeigt Das Vorspannsignal wird an die Anschlüsse bzw. Eingänge 75 und 76 des Aufwärtstransformators 77 gelegt. Dieser Transformator hat eine aufgespaltene Primärspule, die aus den Spulen 81 und 82 besteht. Die Sekundärspule des Transformators 77 weist die Signalausgangsspule 83 auf, die an den Anschlüssen 84 und 85 ein Ausgangssignal liefert. Daß der Transformator aufwärtstransformiert, wird dadurch gewährleistet, daß die aufgeteilte Primärspule sehr wenige Windungen für jede Spule, möglicherweise drei Windungen für jede, aufweist, während die Sekundärspule ungefähr 70 Windungen haben kann. Das Vorspanneingangssignal wird den Leitungen 41 und 42 durch die Niobanschlußflächen 35 und 36 mittels der Leitung 86 von der Transformatorprimärspule 82 über die ausbalancierten Leitungen 87 und 88 zugeführt. Die Leitungen 87 und 88 sind typischerweise Teile eines Bondingdrahtes aus Gold bzw. Goldanschlußdrahtes, dessen Widerstand durch die Widerstände 89 und 90 repräsentiert wird. Dieser Widerstandswert mag in der Gegend von ungefähr 0,01 Ohm liegen. Die Vorspannausgangssignale werden der Leitung 91 der Spule 81 von den ausbalancierten Leitungen 92 und 93, die mit den Chipleitungen 44 und 45 durch die Niobanschlußflächen 46 und 47 verbunden sind, zugeführt. Diese Leitungen sind ähnlich den Leitungen 87 und 88 und ihre Widerstände 96 und 97 sind ebenfalls ähnlich. Die Verwendung eines Transformators für die Vorspannungseinspeisung und den Signalausgang ist wohlbekannt, weil sie eine Aufwärtstransformierung der Spannung liefert, um die Effekte des Widerstands in den Signalleitungen, die hinauf bis zur Zimmertemperatur gehen, zu minimieren. Der genaue Entwurf, das heißt die aufgeteilte, symmetrische Anordnung des in Figur 6 gezeigten Transformators war vorher bei der Verwendung eines SQUIDs nicht bekannt und wird angewandt, um die hohe Symmetrie der vier Vorspannungsleitungen, die verwendet werden, um Strom zu den (Josephson-)Kontakten zu bringen, zu erhalten, wodurch die symmetrischen Effekte der in den Figuren 3-5 gezeigten Struktur erhöht werden.
Die (Josephson-)Kontakte werden auf Siliziumscheiben hergestellt, indem das wohlbekannte Niob/Alumiumoxid/Niob-Dreischichtenverfahren verwendet wird. Nachdem die Grundebenenelektrode und die (Josephson-)Kontaktgebiete durch Plasmaätzen herausgebildet wurden, um die Grundebenenschicht auf dem Siliziumplättchen herzustellen, wird die Oberfläche selektiv mit einer strukturierten Siliziummonoxidschicht isoliert. Dann wird eine Verdrantungsschicht aus gesputtertem Niob aufgetragen, um die Zwischenverbindungen zwischen den (Josephson-)Kontakten zu bilden und um die Leitungen zu bilden, die Strom zu den Kontakten tragen, insbesondere das Überbrückungsteil 33 und die Leitungen 41 und 42. Diese Schicht liefert außerdem die isolierte, unten herumgeführte Leitungsschicht, die Strom zum Zentrum der Modulations- und Signalspulen trägt. Dies wären die Leitungen von den Anschlußflächen 54, 58, 63 und 68, wie in Figur 5 gezeigt. Widerstände aus einer Palladiumlegiemng werden als nächstes aufgetragen und bilden die Widerstandsschicht. Diese sind nicht in der Zeichnung gezeigt, sind aber herkömmliche Technik, die den mit dem Stand der Technik Vertrauten wohlbekannt ist.
Eine weitere isolierende Schicht aus Siliziummonoxid wird dann auf die Oberfläche aufgedampft und strukturiert, indem Standardabhebeverfahren bzw. Standard-"lift-off"-Verfanren verwendet werden. Die in Figur 5 gezeigten Niobspulen werden dann auf die Siliziummonoxidschicht aufgetragen, indem entweder lift-off-Techniken oder Plasmaätzverfahren verwendet werden. Zum Schluß werden passende Beschichtungen auf den Bondinganschlußflächen angebracht, wie es gewünscht ist.
Nach der Herstellung wird das Plättchen in 0,075 x 0,150 Zoll große Chips geschnitten und auf einen nichtleitenden, nichtmagnetischen Träger montiert. Typischerweise werden Golddrähte mit Ultraschall an dem Chip gebondet bzw. befestigt um Verbindungen bzw. Anschlüsse für den Vorspannstrom und die Modulationsspule herzustellen, weil es nicht erforderlich ist, daß diese Drähte supraleitend sind. Beispiele für diese Golddrähte sind die Leitungen 87, 88, 92 und 93. Die Anschlüsse an die Signalspule werden durch kleine Drähte hergestellt, vorzugsweise aus Niob hergestellt, die auf die Anschlußflächen des Chips gebondet werden. Diese Leitungen sind supraleitend.
Wie in Figur 5 gezeigt, ist die SQUID-Schleife so konfiguriert, daß sie vier "Löcher" hat, die sich an den Enden der gekreuzten Schlitze befinden, wobei diese Löcher die einwindigen Sekundärspulen für die Modulations- und Signaltransformatoren bilden. Die serielle Verbindung der Modulationsspulen und der Signalspulen (Figur 4) ist so angeordnet, daß die Windungsrichtung jedes Paares so eingestellt ist, daß Ströme in den Spulen "Hilfs"ströme in der SQUID-Schleife selbst erzeugen.
Die geometrische Anordnung der Modulationsspulentransformatoren bezüglich der Signalspulentransformatoren ergibt eine Einrichtung, die nominal keine gegenseitige Induktivität zwischen den zwei Gruppen hat, wenn der SQUID für Normalbetrieb unter Vorspannung gelegt wird.
Diese Anordnung liefert vier getrennte elektrische Leitungen, durch die die (Josephson-)Kontakte unter Vorspannung gelegt werden. Zwei dieser Leitungen (41 und 42) liegen sich diagonal gegenuber und sind mit den gemeinsamen Seiten der parallelen Josephson-Kontakte verbunden, während die zwei anderen Leitungen (44 und 45) mit der großen Grundebene 21 der SQUID-- Schleife verbunden sind.
Der neue externe Schaltkreis, wie er in Figur 6 gezeigt ist, behält die hochsymmetrische Eigenschaft des Chips bei und erzwingt daß gleichgroße Ströme in allen vier Vorspannungsleitungen fließen. Er erlaubt außerdem eine optimale Detektierung der Spannung, die zwischen den Kontakten entsteht. Diese Spannung wird von dem Strom beeinflußt, der in den Modulations- und Signalspulen fließt und stellt das verstärkte Ausgangssignal des SQUID-Sensors dar.
Diese Vorgespannungsanordnung sichert, daß Gleichströme, die in die (Josephson-)Kontakte fließen, weder in die SQUID-Schleife, die Modulationsspule oder die Signalspule magnetisch eingekoppelt werden, solange die elektrischen Eigenschaften der zwei Josephson-Kontakte auf dem Chip gut miteinander übereinstimmen. Verfahren, um eine solche Übereinstimmung zu erzielen, sind wohlbekannt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen SQUID bereit, der mehrere Vorteile gegenüber zuvor erhältlichen Einrichtungen hat. Ströme, die in den Modulationsspulen fließen, werden nicht in die Aufnehmerspulen eingekoppelt. Dies macht die Einrichtung "einseitiger", was für diese Einrichtung aus denselben Gründen wünschenswert ist, wie unilaterale Schaltkreise vorteilhaft bei der Auslegung von aktiven RF-Verstärkern sind.
Ein weiterer Vorteil ist, daß Ströme, die in die Josephson-Kontakte fließen, nicht in die SQUID-Schleife gekoppelt werden. Dies macht die Einrichtung unempfindicher gegenüber Schwankungen oder Rauschen im Vorspannstromschaltkreis. Diese Unempfindlichkeit gegenüber dem Stromfluß erlaubt es, die Richtung des Vorspannstromes bei minimaler Störung des (magnetischen) Flußzustandes der SQUID-Schleife umzukehren. Dies ist nützlich bei der Verwendung verschiedenster Rauschverminderungstechniken, die auf einer Umkehrung des Vorspannstromes der Einrichtung beruhen.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, daß Netzrauschen auf den Vorspannungsleitungen, den Modulationsspulen oder den Signalspulen nicht in die (Josephson-)Kontakte koppelt. Die ausbalancierte Art und Weise, in der externe Signale dem Chip aufgeprägt werden, sichert, daß die kapazitiven und induktiven Kopplungen von beiden Seiten der Netzleitung gleich sind. Dies macht den Chip inhärent robuster gegenüber elektromagnetischer Interferenz, die entweder von der Steuerelektronik oder von der Einspeisungsbeschaltung des Systems kommt.
Vorherige SQUID-Einrichtungen, die die "Washer"-Anordnung verwendeten, waren für Laboranwendungen brauchbar, hatten aber entscheidende Beschränkungen in kommerziellen Anwendungen. Die Einrichtung dieser Erfindung ist wegen ihrer Struktur mit den dazugehörigen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik direkt in vielen kommerziellen Anwendungen verwendbar. Darunter sind Magnetometer für medizinische, biologische, geophysikalische Anwendungen und für Anwendungen in den Materialwissenschaften. SQUIDs, die gemäß dieser Erfindung hergestellt sind, können außerdem als extrem empfindliche Strommessgeräte für einen weiten Bereich von Labormessungen verwendet werden.
Die Erfindung ist als eine Anordnung beschrieben worden, die in vollem Umfang ausbalancierte, symmetrische Eigenschaften hat, die sich hauptsächlich auf die Signalspulen, Modulationsspulen und den Vorspannungseingangsstrom beziehen. Für die Herstellung akzeptabler, kommerzieller SQUID-Einrichtungen arbeitet der Aufbau gemäß der Erfindung in der oben beschriebenen, verbesserten Weise jedoch mit weniger als all diesen beschriebenen sorgfältig ausbalancierten, symmetrischen Elementen. Zum Beispiel tragen die ausbalancierten Modulationsspulen sogar zu der verbesserten Arbeitsweise der SQUID-Enrichtung bei, wenn die Signalspulen nicht genau symmetrisch und ausbalanciert sind. Dasselbe trifft zu, wenn der Vorspannungseingangsstrom genau symmetrisch und ausbalanciert ist, sogar wenn die Modulations- und Signalspulen nicht notwendigerweise so ausbalanciert sind. Auch wenn die Signalspulen genau ausbalanciert sind, wird die Einrichtung zufriedenstellend arbeiten, auch wenn die Modulationsspulen und die Vorspannströme nicht genau ausbalanciert und symmetrisch sind.
Die Einrichtung wurde wie gezeigt beschrieben, wobei die Löcher am Ende der Schlitze in der Grundebenenschicht, die die SQUID-Schleife bilden, von im allgemeinen runder Gestalt waren. Man beachte, daß im Stand der Technik, wie in Figur 2 gezeigt, die zentrale Öffnung in der "Washer"-Anordnung als quadratisch oder rechteckig gezeigt ist. Es hat sich herausgestellt, daß diese Löcher oder Öffnungen in der SQUID-Schleife nicht irgendeine besondere Form haben müssen und quadratisch, rund, hexagonal oder von jeder anderen praktischen und erzielbaren Form sein können.
Niob wurde als Material der Wahl für verschiedene Teile dieses SQUID-Systems beschrieben. Natürlich ist die Erfindung nicht auf irgendwelche besonderen Materialien eingeschränkt. Es ist die Struktur bzw. der Aufbau und die durch die Struktur gegebenen Funktionen, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.
Ein alternative Ausführungsform ist in Figur 7 gezeigt. Nachdem der SQUID-Chip wie oben beschrieben hergestellt worden ist, wird oben auf der Isolierschicht eine weitere Isolierschicht aus Siliziumoxid (SiO) aufgebracht und dann wird eine Schicht aus supraleitendem Niob 101 oben auf der SiO-Schicht aufgebracht, wobei beide dieselbe Form haben, wie zum Beispiel die gezeigte. Diese Schichten werden vorzugsweise in ihrer Position auf den Chip aufgebracht, ihre Dicke ist von derselben Größenordnung wie die der zuvor beschriebenen anderen supraleitenden und isolierenden Schichten.
Diese supraleitende Abschirmschicht oder Abdeckplatte 101 wird erzeugt, um die Josephson-Kontakte und die gekreuzten Schlitze zwischen den vergrößerten Endlöchern zu bedecken. Die Wirkung dieser Platte ist eine noch weitere Verringerung der Übersprechinduktivität von den Schlitzen her, eine weitere Verringerung der Empfindlichkeit der Einrichtung gegenüber Radiofrequenzinterferenz (RFI) und eine Verbesserung der Kopplung sowohl zu den Signalspulen als auch zu den Modulationsspulen. Es sei angemerkt, daß die Platte 101 jegliche Topologie haben kann, es ist nur wichtig, daß sie die Josephson-Kontakte und die überwiegende Länge der Schlitze 22 und 23 überlappt, wie gezeigt. Eine verringerte Fläche der Platte zwischen den rechtwinklig zueinander stehenden Schlitzen führt tendenziell zu einer Verringerung der Kapazität. Es ist auch möglich, daß die Platte unter den Schlitzen und den (Josephson-)Kontakten aufgebracht wird oder bevor diese gebildet werden. Der elektrische Effekt wäre ähnlich, wenn sich die Platte 101 entweder über oder unter den Schlitzen befände.
Weitere alternative Ausführungsformen sind in den Figuren 8 und 9 gezeigt, welche Abänderungen zu der Schaltkreisdarstellung von Figur 4 sind. Diese Ausführungsformen haben den Zweck, Signalspulenresonanzen in dem symmetrischen SQUID über einen weiten Bereich von Eingangsimpedanzen zu unterdrücken.
Es ist wohlbekannt, daß elektrische Resonanz mit niedriger Dämpfung ("hohe Güte Q") in den Eingangsspulen und Hauptschleifen von Dünnschicht-SQUID-Sensoren ziemliche Verschlechterungen ihres Rauschverhaltens herbeiführen kann. Diese Effekte sind gut beschrieben in: Knuutila et al., Design, Optimization and Construction of a DC SQUID with complete Flux Transformer Circuits, J. Low Temp. Phys.; Vol 71, Nrn. 5/6, Seiten 369-392 (1988). Zwei Resonanzen wird durch die Ausführungsformen der Figuren 8 und 9 begegnet.
Die erste ist Übertragungsleitungsresonanz der Signalspulen und der Modulationsspulen. Diese wird bei der Frequenz bedeutend, bei der die Wellenlänge vergleichbar wird mit der elektrischen Länge der Spule. Abhängig von der Konstruktion kann dies von einigen Hundert Megahertz bis zu ungefähr 10 Gigahertz reichen. Für die vorliegende Einrichtung läge die Resonanz bei ungefähr 1 GHz. Diese Resonanz kann gedämpft werden, indem ein passender Abschlußwiderstand am Ende der Spule angebracht wird. Der Widerstandswert sollte ungefähr gleich der charakteristischen Impedanz der von der oberhalb der perforierten Schicht gelegenen Eingangsspule gebildeten Mikrostreifenübertragungsleitung sein. Bei dem Entwurf dieser Erfindung ist diese Impedanz ungefähr 10-20 Ohm. Um übermäßiges Niederfrequenz-Johnson-Rauschen (thermisches Rauschen) in die SQUID-Schleife hinein zu vermeiden, werden diese Widerstände bei Gleichstrom durch die Verwendung passender Kondensatoren umgangen. Für die hier in Frage kommenden Frequenzen, wäre alles mit mehr als wenigen Picofarad hinreichend.
Die zweite Resonanz besteht aus der zusammengefassten Induktivität der Signal- oder Modulationsspulen, die mit ihren parasitären Kapazitäten mit der perforierten Schicht in Resonanz stehen. Weil die Eingangsspulen der vorliegenden Erfindung eine Induktivität im Bereich von 1 Mikrohenry haben und eine Streukapazität von ungefähr 10 pF, wird erwartet, daß diese Resonanz bei ungefähr 50 MHz auftritt. Das Zufügen einer R-C-Reihenschaltung parallel zu jeder Signalspule wird die Resonanz dämpfen, wenn die Werte von R und G so gewählt werden, daß (ungefähr) gilt: R= L/C. In diesem Fall ist C = 1000 pF und R = 10 Ohm, aus Gründen der bequemen Herstellung. Dies erlaubt die Erfüllung der Kriterien für eine simultane Dämpfung sowohl der zusammengefassten Spulenresonanz als auch der zuvor beschriebenen Übertragungsleitungsresonanz.
Während jedes dieser Resonanzdämpfungsverfahren schon von anderen behandelt wurde, wurde das Verfahren, die zwei Signalspulen einzeln mit ihrer eigenen Beschaltung zu dämpfen, zuvor nicht vorgeschlagen. Die Signalspule 52 wird durch den Widerstand 105 und den Kondensator 106 gedämpft, während die dazu passende bzw. gleiche Signalspule 56 durch den ähnlichen Widerstand 107 und den ähnlichen Kondensator 108 gedämpft wird.
Für eine alternative oder verstärkte Resonanzdämpfung können die Modulationsspulen ebenfalls ähnliche R-C-Netzwerke aufweisen. Wie in Figur 8 gezeigt ist, wird die Modulationsspule 62 durch den Widerstand 111 und den Kondensator 112 gedämpft, während die Modulationsspule 66 durch den ähnlichen Widerstand 113 und den ähnlichen Kondensator 114 gedämpft wird. Es ist nicht notwendig, sowohl die Signalspulen als auch die Modulationsspulen zu dämpfen, aber es mag wünschenswert sein. Die Dämpfung von nur einem der Paare mag unter gewissen Umständen ausreichend sein.
Die alternative Ausführungsform der Figur 9 weist ein einzelnes R-C-Netzwerk auf, das aus dem Widerstand 115 und dem Kondensator 116 besteht, die parallel zu den Modulationsspulenanschlüssen 117 und 118 geschaltet sind. Dasselbe könnte, wenn gewünscht, über die bzw. parallel der Signalspulenanschlüsse 121 und 122 durchgeführt werden.
Durch die R-C-Dämpfungsglieder der Figuren 8 und 9 bleiben die Spulen sogar gedämpft, wenn Lasten mit niedriger (oder gar keiner) Impedanz an sie angeschlossen werden. Wenn zum Beispiel die an die Signalspulen angeschlossene Last eine beträchtliche Streukapazität hat, kann dies bei den interessierenden Frequenzen das konventionelle Dämpfungsglied "kurzschließen". In der vorliegenden Ausführungsform verbleiben die Widerstandelemente an jede einzelne Spule angekoppelt, und absorbieren bei jeglicher Wahl der Eingangskomponenten weiterhin Energie.
Die Struktur der Ausführungsformen der Figuren 8 und 9 zeigen einen weiteren Vorteil des hohen Grades an Symmetrie des SQUIDs der vorliegenden Erfindung. Ohne diese Symmetrie wäre diese einfache und höchst wirksame Dämptungsschaltung nicht möglich.

Claims

1. Ausbalanciertes Dünnfilm-DC-SQUID-System, mit einem Substrat, einer supraleitenden Grundebenenschicht (21) auf dem Substrat, wobei die supraleitende Grundebenenschicht mit einem ersten Schlitz (22) ausgebildet ist, der eine vergrößerte Öffnung (24, 25) an jedem seiner Enden hat, Dünnfilm-Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32), die auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Josephson-Kontakteinrichtungen Teile einer SQUID- Schleife sind, Einrichtungen (33) für das miteinander Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen, einer Dünnfilm-Signalspule (52, 56), welche in Ankopplungsbeziehung zu jeder der vergrößerten Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des ersten Schlitzes liegt, und Einrichtungen (35, 36) für das Aufbringen eines Vorspannstromes auf die Josephson-Kontakteinrichtungen, dadurch aekennzeichnet, daß:

die supraleitfähige Grundebenenschicht (21) mit einem zweiten Schlitz (23) ausgebildet ist, der sich mit dem ersten Schlitz (22) zwischen den Enden der Schlitze schneidet, wobei der zweite Schlitz an jedem seiner Enden eine vergrößerte Öffnung (26, 27) hat,

die Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32) auf diagonal gegenüberliegenden Ecken an der Schnittstelle der Schlitze auf der Grundebene angeordnet sind,

die Einrichtungen (33) zum Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen sich über die Schnittstelle hinweg erstrecken, und

ein elektrisch ausbalanciertes, physikalisch (räumlich) symmetrisches Paar von Dünnfilm- Modulationsspulen (62, 66) vorgesehen ist, wobei jede der Modulationsspulen in Ankopplungsbeziehung zu einer der vergrößerten Öffnungen (26, 27) an den entgegengesetzten Enden des zweiten Schlitzes steht,

wobei der Vorspannstrom den Josephson-Kontakteinrichtungen derart aufgeprägt wird, daß er die durch die Modulationsspulenanordnung erzeugte Symmetrie nicht stört.

2. SQUID-System nach Anspruch 1, wobei die Signalspulen elektrisch ausbalanciert und zueinander physikalisch symmetrisch und physikalisch symmetrisch bezüglich der Modulationsspulen sind.

3. SQUID-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vorspannstrom in elektrisch ausbalancierter sowie in physikalisch und elektrisch symmetrischer Weise auf die Josephson-Kontakteinrichtungen aufgeprägt wird.

4. SQUID-System nach Anspruch 3, wobei der Vorspannstrom mit Hilfe eines primären Anzapftransformators (77) aufgeprägt wird, wobei der Strom von diesem an gegenüberliegenden Seiten der SQUID-Schleife zugeführt wird.

5. SQUID-System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen eine supraleitende Überbrückung (33) aufweist.

6. SQUID-System nach Anspruch 5, wobei der eingegebene Vorspannstrom auf die supraleitende Brücke in der Nähe der jeweiligen Josephson-Kontakteinrichtungen mit Hilfe eines symmetrischen, primären Anzapftransformators (77) zugeführt wird.

7. SQUID-System nach Anspwch 1, wobei der ausgegebene Vorspannstrom einen Anschluß zwischen bzw. an einer der Primärspulen des primären Anzapftransformators (77) für den Vorspannstrom und an symmetrisch angeordnete Stellen der Grundebene an den diagonal gegenüberiiegenden Ecken (44, 45) der Schnittstelle hat, die nicht die Ecken sind, welche die Josephson -Kontakteinrichtungen enthalten.

8. SQUID-System nach Anspruch 1, wobei die Modulationsspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind und wobei die Signalspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

9. SQUID-System nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine supraleitende Platte (101), die sich über die Josephson-Kontakteinrichtungen und über die sich schneidenden Schlitze hinweg erstreckt.

10. SQUID-System nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch ein Widerstands- /Kondensatornetzwerk (105, 106; 107, 108; 111, 112; 113, 114; 115, 116), die in wahlweise an jede Spule von zumindest einem der Paare der Signalspulen und der Modulationsspulen angeschlossen sind.

11. SQUID-System nach Anspruch 10, wobei ein solches Netzwerk (105, 106; 107, 108) an jeder Signalspule (parallel) angeschlossen ist.

12. SQUID-System nach Anspruch 10, wobei ein solches Netzwerk (111, 112; 113, 114) an jeder Modulationsspule (parallel) angeschlossen ist.

13. SQUID-System nach Anspruch 10, wobei ein solches Netzwerk an jeder Signal- und Modulationsspule angeschlossen ist.

14. Ausbalanciertes Dünnfilm-DC-SQUID-System mit einem Substrat, einer supraleitenden Grundebenenschicht (21) auf dem Substrat, wobei die supraleitende Grundebenenschicht mit einem ersten Schlitz (22) ausgebildet ist, der an jedem seiner Enden eine vergrößerte Öffnung (24, 25) hat, Dünnfilm-Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32), welche auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Josephson-Kontakteinrichtungen Teil einer SQUID- Schleife sind, Einrichtungen (33) für das miteinander Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen, einer Dünnfilm-Signalspule (52, 56), die in Kopplungsbeziehung zu jeder der vergrößerten Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des ersten Schlitzes steht, und Einrichtungen (35, 36) für das Aufprägen eines Vorspannstromes auf die Josephson-Kontakteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß:

die supraleitende Grundebenenschicht (21) mit einem zweiten Schlitz (23) ausgebildet ist, der einen wechselseitigen Schnitt mit dem ersten Schlitz (22) zwischen ihren jeweiligen Enden bildet, wobei der zweite Schlitz an jedem seiner Enden eine vergrößerte Öffnung (26, 27) hat,

die Einrichtungen (33) zum Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen sich über die Schnittstelle hinweg erstrecken,

ein Paar von Dünnfilm-Modulationsspulen (62, 66) vorgesehen ist, wobei jede der Modulationsspulen in Kopplungsbeziehung zu einer der vergrößerten Öffnungen (26, 27) an den gegenüberliegenden Enden des zweiten Schlitzes steht, und

die Einrichtungen für das Aufbringen eines Vorspannstromes an den Josephson- Kontakteinrichtungen so funktionieren, daß sie den Vorspannstrom symmetrisch aufprägen bzw. zuführen.

15. SQUID-System nach Anspruch 14, wobei die Signalspulen elektrisch ausbalanciert und relativ zueinander physikalisch (räumlich) symmetrisch und physikalisch (räumlich) symmetrisch bezüglich der Modulationsspulen sind.

16. SQUID-System nach Anspruch 14, wobei die Modulationsspulen elektrisch ausbalanciert und bezüglich der Signalspulen physikalisch (räumlich) symmetrisch sind.

17. SQUID-System nach Anspruch 15, wobei die Signalspulen elektrisch ausbalanciert und bezüglich der Vorspannstromaufprägeeinrichtung physikalisch symmetrisch sind.

18. SQUID-System nach Anspruch 16, wobei die Modulationsspulen elektrisch ausbalanciert und physikalisch symmetrisch bezüglich der Vorspannstromaufprägeeinrichtung sind.

19. SQUID-System nach Anspruch 14, wobei der Vorspannstrom mit Hilfe eines primären Anzapftransformators (77) zugeführt wird, wobei der Strom von diesem an gegenüberliegenden Seiten der SQUID-Schleife zugeführt wird.

20. SQUID-System nach Anspruch 14, wobei die Einrichtung für das Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen eine supraleitende Überbrückung (33) aufweist.

21. SQUID-System nach Anspruch 20, wobei der eingehende Vorspannstrom auf die supraleitende Brücke neben den jeweiligen Josephson-Kontakteinrichtungen mit Hilfe eines symmetrischen, primären Anzapftransformators (77) zugeführt bzw. aufgebracht wird.

22. SQUID-System nach Anspruch 14, wobei der ausgehende Vorspannstrom über einen Anschluß zwischen einer der Primärspulen eines primären Anzapftransformators (77) für den Vorspannstrom und zu symmetrisch angeordneten Stellen auf der Grundebene auf die diagonal gegenüberliegenden Ecken (44, 45) der Schnittstelle geschaltet ist bzw. geleitet wird, die nicht die Ecken sind, welche die Josephson-Kontakteinrichtungen aufweisen.

23. SQUID-System nach Anspmch 14, wobei die Modulationsspulen in einer den Strom unterstützenden Weise in Reihenschaltung miteinander verbunden sind und wobei die Signalspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

24. SQUID-System nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch eine supraleitende Platte (101), die sich über die Josephson-Kontakteinrichtungen und über die sich schneidenden Schlitze erstreckt.

25. SQUID-System nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch ein Widerstands- /Kondensatornetzwerk (105, 106; 107, 108; 111, 112; 113, 114; 115, 116), welche wahlweise an jede Spule zumindest eines der Paare von Signalspulen und Modulationsspulen angeschlossen werden.

26. SQUID-System nach Anspruch 25, wobei ein solches Netzwerk (105, 106; 107, 108) an jede der Signalspulen angeschlossen ist.

27. SQUID-System nach Anspwch 25, wobei ein solches Netzwerk (111, 112; 113, 114) an jede der Modulationsspulen angeschlossen ist.

28. SQUID-System nach Anspruch 25, wobei ein solches Netzwerk an jede Signal- und jede Modulationsspule angeschlossen ist.

29. Ausbalanciertes Dünnfilm-DC-SQUID-System mit einem Substrat, einer supraleitenden Grundebenenschicht (21) auf dem Substrat, wobei die supraleitende Grundebenenschicht mit einem ersten Schlitz (22) ausgebildet ist, der an jedem seiner Enden eine vergrößerte Öffnung (24, 25) aufweist, Dünnfilm-Josephson-Kontakteinrichtungen (31,32), die auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Josephson-Kontakteinrichtungen Teil einer SQUID- Schleife sind, Einrichtungen (33) für das miteinander Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen, einer Dünnfilm-Signalspule (52, 56) in Kopplungsbeziehung zu jeder der vergrößerten Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des Schlitzes, und Einrichtungen (35, 36), um einen Vorspannstrom auf die Josephson-Kontakteinrichtungen aufzuprägen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32) auf diagonal gegenüberliegenden Ecken der Grundebene an der Schnittstelle der Schlitze angeordnet sind,

die Einrichtungen (33) zum Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen sich über die Schnittstelle erstrecken,

ein elektrisch ausbalanciertes, physikalisch (räumlich) symmetrisches Paar von Dünnfilm- Signalspulen (52, 56) vorgesehen ist, wobei jede Signalspule in Kopplungsbeziehung mit einer der vergrößerten Öffnungen an gegenüberliegenden Enden des ersten Schlitzes steht, und

eine Dünnfilm-Modulationsspule (62, 66) in Kopplungsverbindung mit jeder der vergrößerten Öffnungen (26, 27) an den gegenüberliegenden Enden des zweiten Schlitzes vorgesehen ist,

wobei der Vorspannstrom den Josephson-Kontakteinrichtungen in einer Weise zugeführt wird, daß er die durch die Signalspulenanordnung erzeugte Symmetrie nicht stört.

30. SQUID-System nach Anspruch 29, wobei die Modulationsspulen elektrisch ausbalanciert und relativ zueinander physikalisch symmetrisch und auch bezüglich der Signalspulen physikalisch (räumlich) symmetrisch angeordnet sind.

31. SQUID-System nach einem der Ansprüche 29 oder 20, wobei der Vorspannstrom auf die Josephson-Kontakteinrichtungen in einer elektrisch ausbalancierten, physikalisch und elektrisch symmetrischen Weise aufgebracht wird.

32. SQUID-System nach Anspruch 31, wobei der Vorspannstrom mit Hilfe eines primären Anzapftransformators (77) zugeführt wird, wobei der Strom von diesem auf gegenüberliegenden Seiten der SQUID-Schleife zugeführt wird.

33. SQUID-System nach Anspmch 29, wobei die Einrichtung zum Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen eine supraleitende Überbrückung (33) aufweist.

34. SQUID-System nach Anspruch 32, wobei der eingegebene Vorspannstrom neben den jeweiligen Josephson-Kontakteinrichtungen der supraleitenden Überbrückung mit Hilfe eines symmetrischen primären Anzapftransformators (77) zugeführt wird.

35. SQUID-System nach Anspruch 29, wobei der Anschluß für den abgehenden Vorspannstrom zwischen einer der Primärspulen eines primären Anzapftransformators (77) für den Vorspannstrom und an symmetrisch angeordneten Stellen der Grundebene auf denjenigen diagonal gegenüberliegenden Ecken (44, 45) der Schnittstelle liegt, die nicht die Ecken sind, welche die Josephson-Kontakteinrichtungen enthalten.

36. SQUID-System nach Anspruch 29, wobei die Modulationsspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind und daß die Signalspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

37. SQUID-System nach Anspruch 29, weiter gekennzeichnet durch eine supraleitende Platte (101), die sich über die Josephson-Kontakteinrichtungen und über die sich schneidenden Schlitze hinweg erstreckt.

38. SQUID-System nach Anspruch 30, weiter gekennzeichnet durch ein Widerstands- /Kondensatornetzwerk (105, 106; 107, 108; 111, 112; 113, 114; 115, 116), welche wahlweise an jede Spule zumindest eines der Paare der Signalspulen und der Modulationsspulen angelegt werden.

39. SQUID-System nach Anspruch 38, wobei ein solches Netzwerk (105, 106; 107, 108) über jede der Signalspulen gelegt ist.

40. SQUID-System nach Anspruch 38, wobei ein solches Netzwerk (111, 112; 113, 114) über jede (parallel zu jeder) der Modulationsspulen geschaltet ist.

41. SQUID-System nach Anspruch 38, wobei ein solches Netzwerk über jede der Signal- und der Modulationsspulen gelegt ist.

42. Ausbalanciertes Dünnfilm-DC-SQUID-System mit einem Substrat, einer supraleitenden Grundebenenschicht (21) auf dem Substrat, wobei die supraleitende Grundebenenschicht mit einem ersten Schlitz (22) ausgebildet ist, der eine vergrößerte Öffnung (24, 25) an jedem seiner Enden hat, mit Dünnfilm-Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32), die auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Josephson-Kontakteinrichtungen Teil einer SQUID-Schleife sind, Einrichtungen (33) zum Verbinden der Josephson-Kontakteinrichtungen, einer Dünnfilm-Signalspule (52,56), die in Kopplungsbeziehung zu jeder der vergrößerten Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des ersten Schlitzes steht, und Einrichtungen (35, 36), um einen Vorspannstrom auf die Josephson-Kontakteinrichtungen aufzuprägen, dadurch gekennzeichnet, daß

die supraleitende Grundebenenschicht (21) mit einem zweiten Schlitz ausgebildet ist, der sich gegenseitig mit dem ersten Schlitz (22) im mittleren Bereich der Schlitze zwischen den Enden schneidet, wobei der zweite Schlitz eine vergrößerte Öffnung (26, 27) an jedem seiner Enden hat,

die Josephson-Kontakteinrichtungen (31, 32) auf diagonal gegenüberliegenden Ecken der Grundebene an der Schnittstelle der Schlitze liegen,

die Einrichtungen (33) für die Verbindung der Josephson-Kontakteinrichtungen sich über diese Schnittstelle erstreckt,

ein elektrisch ausbalanciertes, physikalisch-räumlich symmetrisches Paar von Dünnfilm- Signalspulen (52, 56) vorgesehen ist, wobei jede der Signalspulen in Kopplungsbeziehung zu einer der vergrößerten Öffnungen (24, 25) an den gegenüberliegenden Enden des ersten Schlitzes steht,

ein elektrisch ausbalanciertes, physikalisch symmetrisches Paar von Dünnfilm-Modulationsspulen (62, 66) vorgesehen ist, wobei jede der Modulationsspulen in Kopplungsbeziehung zu einer der vergrößerten Öffnungen (26, 27) an den gegenüberliegenden Enden des zweiten Schlitzes steht und wobei das Paar von Modulationsspulen elektrisch und physikalisch symmetrisch bezüglich der Signalspulen ist, und

die Einrichtung zum Aufprägen eines Vorspannstromes auf die Josephson-Kontakteinrichtungen derart funktioniert, daß sie den Strom symmetrisch aufprägt, so daß die durch die Signalspulen und die Modulationsspulen-Anordnung erzeugte Symmetrie noch vergrößert wird.

43. SQUID-System nach Anspruch 42, wobei der Vorspannstrom in elektrisch ausbalancieter, physikalisch und elektrisch symmetrischer Weise auf die Josephson-Kontakteinrichtungen aufgeprägt wird.

44. SQUID-System nach Anspruch 43, wobei der Vorspannstrom mit Hilfe eines primären Anzapftransformators (77) aufgeprägt wird, wobei der Strom von diesem auf entgegengesetzten Seiten der SQUID-Schleife zugeführt wird.

45. SQUID-System nach Anspruch 42, wobei die Einrichtung zum Verbinden der Josephson- Kontakteinrichtungen eine supraleitende Brücke (33) aufweist.

46. SQUID-System nach Anspruch 45, wobei der eingehende Vorspannstrom der supraleitenden Brücke neben der jeweiligen Josephson-Kontakteinrichtung mit Hilfe eines symmetrischen, primären Anzapftransformators (77) zugeführt wird.

47. SQUID-System nach Anspruch 42, wobei der abgehende Vorspannstrom einen Anschluß zwischen einer der Primärspulen eines primären Anzapftransformators (77) für den Vorspannstrom und zu symmetrisch angeordneten Stellen auf der Grundebene auf den diagonal gegenüberliegenden Ecken (44, 45) der Schnittstelle hat, die nicht die Ecken sind, welche die Josephson-Kontakteinrichtungen enthalten.

48. SQUID-System nach Anspruch 42, wobei die Modulationsspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind und wobei die Signalspulen in einer den Strom unterstützenden Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

49. SQUID-System nach Anspruch 42, weiterhin gekennzeichnet durch eine supraleitende Platte (101), die sich über die Josephson-Kontakteinrichtungen und über die sich schneidenden Schlitze hinweg erstreckt.

50. SQUID-System nach Anspruch 42, weiterhin gekennzeichnet durch ein Widerstands- /Kondensatornetzwerk (105, 106; 107, 108; 111, 112; 113, 114; 115, 116), welche wahlweise an jede Spule zumindest eines der Paare von Signalspulen oder Modulationsspulen angelegt wird.

51. SQUID-System nach Anspruch 50, wobei ein solches Netzwerk (105, 106; 107, 108) an jede Signalspule gelegt ist.

52. SQUID-System nach Anspruch 50, wobei ein solches Netzwerk (111, 112; 113, 114) an jede Modulationsspule angelegt ist.

53. SQUID-System nach Anspruch 50, wobei ein solches Netzwerk an jede Signalspule und an jede Modulationsspule angelegt ist.