JP2533428B2 - 高対称直流ｓｑｕｉｄシステム - Google Patents

高対称直流ｓｑｕｉｄシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、一般的には直流SQUIDシステムに関し、
より詳細には、“ワッシャー（washer）”構成を有しか
つ入力コイル、変調コイル、およびスロットが設けられ
た接地平面を有するそのようなシステムに関する。
背景技術 超伝導量子干渉素子（SQUID）が、数年間の間に、商
業的に利用可能となってきた。SQUIDは、現在利用可能
な最も感度のよい磁界または小電圧のセンサである。SQ
UIDセンサの動作は、超電導性の存在においてのみ観測
され得る２つの効果に基づいている。これらは磁速量子
化およびジョセフソン効果である。SQUIDセンサは、閉
じられた超電導ループに接続された１つまたは２つのジ
ョセフソン接合を用いている。
SQUIDシステムは多くの異なった形を呈するが、薄膜
実施例化のために受入れられた形となったものは“ワッ
シャー（washer）”デザインであり、それは、ループを
スロットが設けられた接地平面に形成することによりSQ
UIDループ内における低インダクタンスおよび多重巻入
力コイルへの固い結合を達成する。このデザインは、プ
レーナー幾何学において実現され得る最初の実用的な薄
膜SQUIDとなった。有効的に大きな入力コイルインダク
タンスを有する非常に感度がよく低雑音の素子は、この
デザインを用いて何年にもわたって製造されてきた。こ
の広く用いられたワッシャーデザインは、Jaycox et
al.,Planar Coupling Scheme For Uitra Low Noi
se DC SQUIDs,IEEE Trans.Magn,MaG−17,p.400−403
（January 1981）に記載されている。
この伝統的なデザインの変調コイルは多重巻信号コイ
ルの外側の周りの単一巻ループを含む。これは、変調お
よび入力コイル間の高い相互インダクタンスに帰着し、
それは、変調コイルに注入された駆動電流が信号コイル
からの出力として現れるので実用的なシステムにおいて
望ましくない。これは、ラジオ受信器回路に非平衡な混
合器を用いることにより生み出される問題と類似してい
る。SQUIDに関連して使用する変調コイルの例は、EP−
Ａ−O337 123に示される。
多くの応用について、SQUIDループそれ自体が均一な
磁界に敏感であることは望ましくない。磁束は信号コイ
ルを介してそれに結合されるのみであるべきだからであ
る。均一な磁界の効果を拒絶するために２つのワッシャ
ーが勾配計として構成される二重ワッサーデザインを製
造することが可能である。しかしながら、これらのデザ
インにおいて、ジョセフソン接合を通過しなければなら
ないバイアス電流が、SQUIDループに磁気的に結合する
ようになる。これは、雑音を導入しかつ駆動エレクトロ
ニクスからSQUIDセンサヘドリフトし得る望ましくない
相互作用に帰着する。
バイアス電流が接合へ導入される非対称的な方法もま
た、SQUIDを共通モード雑音に対して過度に敏感にし、
その共通モード雑音は、室温での電子の駆動パッケージ
から低温環境におけるSQUIDセンサへ延びるバイアスリ
ード上に拾われるかもしれない。また、この雑音は出力
信号への影響となる。
並列SQUIDループの構成例については、US−Ａ−４ 0
64 029を参照されたい。SQUIDのコイル間の漏話の除去
については、IEEE予稿集、第77巻、第８号、1989年８月
の第1208頁−第1223頁に記載されている。上記の参考文
献のいずれにも、本件に記載される発明は提案されてい
ない。
発明の開示 広くいえば、この発明は、SQUIDが通常動作のために
バイアスされたときに、信号コイルおよび変調コイルの
グループ間の相互インダクタンスを名目上有さないSQUI
Dシステムに関する。変調コイルに流れる電流は入力コ
イルに結合されない。これは、その素子をより単方向性
にし、それは望ましい特徴である。さらに、ジョセフソ
ン接合に流込む電流はSQUIDループに結合されない。こ
れは、その素子をバイアス電流回路における変動または
雑音に対してより敏感にする。さらに、バイアスリー
ド、変調コイルまたは信号コイル上の共通モード雑音は
接合に結合されない。
これらの改良は、平衡薄膜直流SQUIDシステムを用い
ることにより達成され、その薄膜直流SQUIDシステム
は、基板と、前記基板上の超電導接地平面層とを含み、
前記超電導接地平面層はそれの各端部に拡大された開口
を有するスリットを有するように形成され、前記基板上
に位置する薄膜ジョセフソン接合手段をさらに含み、前
記ジョセフソン接合手段はSQUIDループの部分であり、
前記ジョセフソン接合手段を相互接続するための手段
と、前記スリットの相対する端部における各前記拡大さ
れた開口と結合関係にある薄膜信号コイルと、前記信号
コイルと結合関係にある変調コイルと、前記ジョセフソ
ン接合手段にバイアス電流を与えるための手段とをさら
に含み、次のような特徴を有する。前記超電導接地平面
層はそれらの端部の中間に相互の交差部を形成する第１
および第２のスリットを有するように形成され、各前記
スリットはそれの各端部に拡大された開口を有し、前記
ジョセフソン接合手段は前記スリットの前記交差部にお
いて前記接地平面の対角線上の相対する角に位置し、前
記ジョセフソン接合を相互接続するための前記手段は前
記交差部を横切って延び、電気的に平衡で物理的に対称
的な薄膜変調コイルの対を含み、各前記変調コイルは前
記第１および第２のスリットの他方の相対する端部にお
ける前記拡大された開口の１つと結合関係にあり、前記
バイアス電流は前記変調コイル配置により作られる対称
性を妨げないような方法で前記ジョセフソン接合手段に
与えられる。
発明のシステムの対称性の他の局面が説明される。４
つの別個の電気リード設けられ、それによって、ジョセ
フソン接合がバイアスされる。それらのリードの２つは
並列なジョセフソン接合の一方側に接続され、他の２つ
のリードはSQUIDループの大きな接地平面構成に接続さ
れる。外部回路は、チップの高平衡な性質を保ち、等し
い大きさの電流が４つのバイアスリードのすべてに流れ
るようにするように、設計される。追加の特徴は、SQUI
Dチップの上部の超電導遮蔽層であり、それは漏れイン
ダクタンスおよびRFI感度をさらに減少し、信号および
変調コイルにおける結合を改善する。
図面の簡単な説明 この発明の目的、利点および特徴は、添付の図面と関
連して読むと、次の詳細な記載からより明確に理解され
るであろう。図面において、 図１は、集積化された磁束および変調コイルを有する
先行技術のワッシャーデザイン直流SQUIDの回路図であ
り、 図２は、図１の薄膜素子の遠近法による図解的なレイ
アウトであり、 図３は、発明に従って構成されたSQUIDの接合および
配線層の平面図であり、 図４は、図３の構成のトランス回路を示し、 図５は、この発明の平衡SQUIDデザインのコイル層の
平面図であり、 図６は、バイアス電流を導入しかつ図２のチップから
出力信号を取出すための回路の図解であり、 図７は、図３と類似する平面図であり、発明の他の実
施例を示し、 図８は、共振抑制のための追加の回路を有する、図４
と類似の他の実施例であり、 図９は、図８の共振抑制回路の他の構成である。
発明を実施するための最良の態様 図面、より詳細にはそれらの図１および図２を参照し
て、信号コイルに接続されたその集積化されたピックア
ップループを有する古典的なワッシャーデザインが示さ
れる。特定的には、ピックアップループ11は信号コイル
12に接続され、信号コイル12はSQUIDループ13に結合さ
れる。単一巻変調コイル14は多重巻信号コイル12の外側
の周りに位置する。前述のように、これは、変調および
入力コイル間の高い相互インダクタンスに帰着する。こ
れは、実用的なシステムにおいては望ましくないことに
なりうる。それは、変調コイルに注入された駆動電流
が、信号コイルからの出力として現れるからである。接
合バイアスリード15および16が、図２により図式的に示
される。
この発明が、今、論じられる。ベース層および配線層
を含む接合層が図３に示される。ベースまたは接地平面
層21は、絶縁基板上に堆積された200nmの厚さの範囲の
ニオビウムのシートである。この構成はワッシャデザイ
ンを用いるが、平衡な配置である。スリット22および23
が、ニオビウム層に約90゜の角度で交差された関係で形
成される。スリット22の各端部に、SQUIDの２つの信号
トランスのための単一巻二次を形成するホール24および
25がある。同様に、ホール26および27がスリット23の相
対する端部に位置し、変調トランスのための単一巻二次
を形成する。ジョセフソン接合はスリットの交差点の近
くの小さな丸31および32により表わされる。これらの接
合は、接続リンク33によって配線層を介して相互接続さ
れ、その接続リンク33はニオビウムベース層21上の絶縁
層上にあり、ジョセフソン接合の点においてのみベース
層に対して電気的接触を作る。抵抗器層およびさらなる
絶縁層が、従来の態様で図３に示されるそれらの上に設
けられる。これらの層および要素は示されていない。
入力バイアスはニオビウム接触パッド35および36に与
えられ、それぞれの超電導配線路すなわちリード41およ
び42によってリンク33を介してジョセフソン接合に接続
される。その回路を完成するために、出力バイアスリー
ド44および45は、それぞれのニオビウム接触パッド46お
よび47に接続される。
SQUIDループを構成するこの回路、および、単一巻二
次24,25,26および27に誘導的に結合する変調および信号
コイルが、図４に図解的に示される。ジョセフソン接合
31および32は、入力バイアスリード41および42が接続さ
れるリンク33によって相互接続される。出力バイアスリ
ード44は信号コイル24と変調コイル26との間に接続され
る。出力バイアスリード45は信号コイル25と変調コイル
27との間に接続される。図４もまた、図３と図５との間
の概念的な橋渡しを効果的に与える。
図３の回路上のシリコン一酸化物絶縁層（図示せず）
上の次の層が図５に示されるコイル層であり、その絶縁
層は典型的には約300nmの厚さである。信号コイル52は
ニオビウムパッド53および54に接続される。このコイル
は図４に示される信号トランス55の他方の部分である。
信号コイル56はニオビウム接触パッド57おおよび58に接
続され、信号トランス61の他方のコイルを形成する。変
調コイル62はニオビウム接触パッド63および64に接続さ
れ、変調トランス65の他方のコイルを形成する。変調コ
イル66はニオビウム接触パッド67および68に接続され、
変調トランス71の他方のコイルを形成する。入力バイア
スリード41および42および出力バイアスリ−ド44および
45もまた、図５に表わされる。
図４に関して、接続リード72による信号コイル52およ
び56の直列接続に注目されたい。変調コイル62および66
はリード73によって直列に接続される。図４に示される
信号および変調コイルの接続されていない端部は、この
種のSQUIDについて当業者にとって明らかであろうよう
に、通常の方法で、外部回路または要素に接続される。
図６の回路はバイアス電流がSQUIDチップに導入され
る方法および出力信号がそれからどのようにして取出さ
れるかを示す。SQUIDループはチップ74上に示される。
バイアス信号は昇圧トランス77の端子75および76に与え
られる。このトランスはコイル81および82を含む分割一
次を有する。トランス77の二次は端子84および85に出力
を供給する信号出力コイル83を含む。このトランスの昇
圧機能は、分割一次が各コイルについてたぶんそれぞれ
約３巻きという非常に少ない巻数を含み、一方二次は70
巻きほどであり得るという事実によって与えられる。入
力バイアス信号は、トランスの一次82から平衡リード87
および88へのリード86によって、ニオビウム接触パッド
35および36を介してリード41および42に与えられる。リ
ード87および88は、典型的には金のボンドワイヤのセグ
メントであり、その抵抗は抵抗器89および90により表わ
される。その抵抗値は約0.01オームの範囲内にあり得
る。出力バイアス信号は、ニオビウム接触パッド46およ
び47を介してチップリード44および45に接続された平衡
リード92および93からコイル81のリード91に与えられ
る。これらのリードはリード87および88と同様であり、
それらの抵抗96および97も同様である。室温まで幅広く
変わる信号リードにおける抵抗の効果を最小限にするた
めにそれが電圧の昇圧を与えるような、バイアス入力お
よび信号出力のためのトランスの使用は周知である。特
定のデザイン、すなわち、図６に示されるトランスの分
割された対称的な構成は、SQUIDに関する使用のために
以前は知られておらず、接合に電流を運ぶために用いら
れた４つのバアスリードの高い対称性を保つために用い
られ、それにより、図３〜図５に示された構成の対称性
の効果を高める。
接合は、周知のニオビウム／アルミニウム酸化物／ニ
オビウム三重層プロセスを用いてシリコンウェハ上に製
造される。シリコンウェハ上にベース層を形成するため
にベース電極および接合領域がプラズマエッチングによ
りパターニングされた後、その表面がパターニングされ
たシリコン一酸化物層で選択的に絶縁される。それか
ら、接合間に相互接続を形成しかつそれらの接合に電流
を運ぶリードを形成するために、すなわち、ブリッジ要
素33およびリード41および42を形成するために、スパッ
タされたニオビウムの配線層が堆積される。この層もま
た、変調および信号コイルの中心に電流を運ぶ絶縁され
たアンダーパスを与える。これらは、図５に示されるよ
うに、接触パッド54、58、63および68からのリードであ
ろう。抵抗器層を含むパラジウム合金から形成された抵
抗器が次に堆積される。これらは図示されていないが、
当業者にとって周知の従来の技術である。
それから、シリコン一酸化物の別の絶縁層が表面上に
蒸着され、標準的な“リフトオフ”技術を用いてパター
ニングされる。それから、図５に示されるニオビウムコ
イルが、リフトオフまたはプラズマエッチング技術のい
ずれかを用いて、シリコン一酸化物層上に堆積される。
最後に、適当なコーティングが所望のボンディングパッ
ド領域上に設けられる。
製造後、ウェハは0.075×0.150インチのチップに切ら
れ、非導電性で非磁性のキャリアに取付けられる。バイ
アス電流および変調コイルのための接続を作るために金
線が典型的には超音波的にチップに接着される。それ
は、これらの線が超電導であることは必要ないからであ
る。これらの金線の例は、リード87,88,92および93であ
る。信号コイルへの接続は小さなリードにより作られ、
好ましくは、チップのパッドに接着されたニオビウムに
より作られる。これらのリードは超電導である。
図５に示されるように、SQUIDループは交差されたス
リットの端部に位置する４つの“ホール”を有するよう
に構成され、それらのホールは変調および信号トランス
のための単一巻二次コイルを構成する。変調コイルおよ
び信号コイルの直流接続（図４）は、コイル内の電流が
SQUIDループそれ自体に“援助（aiding）”電流を発生
するように、各対のセットの巻回センスで配列されてい
る。
信号コイルトランスに関する変調コイルトランスの幾
何学的な配置は、そのSQUIDが通常動作のためにバイア
スされたときに２つのグループ間に相互インダクタンス
が各目上ない素子に帰着する。
この構成は、接合がバイアスされる４つの別個の電気
的リードを与える。リードの２つ（41および42）は対角
線上に位置し、並列なジョセフソン接合の共通の側に接
続され（図３および図４参照）、一方、他の２つのリー
ド（44および45）はSQUIDループの大きな接地平面21に
接続される。
図６に示されたような新しい外部回路は、チップの非
常に平衡な性質を保ち、バイアスリードの４つのすべて
において等しい大きさの電流が流れるようにする。それ
はまた、接合を横切って現れる電圧の最適な検出を可能
にする。この電圧は変調および信号コイルに流れる電流
によって影響され、SQUIDセンサの増幅された出力を表
わす。
チップ上の２つのジョセフソン接合の電気的性質が合
理的に十分に一致している限り、このバイアスしている
構成は、接合に流れ込んでいる直流電流が、SQUIDルー
プ、変調コイルまたは信号コイルのいずれにも磁気的に
結合されないということを保証する。このような一致を
達成するための技術は周知である。
この発明は、以前に利用可能な素子に関するいくつか
の利点をSQUIDに与える。変調コイルに流れる電流は入
力コイルに結合されない。これは、その素子をより“一
方向性”にし、その一方向性は、一方向性の回路がアク
ティブrf増幅器の設計において有利である同じ理由でこ
の素子のために望ましい。
別の利点は、接合に流れ込んでいる電流がSQUIDルー
プに結合されないことである。これは、バイアス電流回
路における変動または雑音に素子をより鈍感にする。電
流の流れに対してこの鈍感性は、SQUIDループの磁束状
態に対する最小限の妨害で、バイアス電流の方向を反転
することを可能とする、これは、素子に対するバイアス
電流の反転に頼る種々の雑音低減技術の応用において有
効である。
この発明の追加の利点は、バイアスリード、変調コイ
ルまたは信号コイル上の共通モード雑音が接合に結合し
ないことである。外部信号がチップ上に導入される平衡
な方法は、容量および誘導結合が線の両側から等しいこ
とを保証する。これは、制御エレクトロニクスまたはシ
ステムの入力回路のいずれかから来る電磁的な干渉の面
においてチップを本質的により強くする。
ワッシャ構成を用いる前のSQUID素子は実験室の使用
のためには適用可能であったが商業的な応用においては
かなりの制限を有していた。この発明は素子は、行先技
術を越えて伴う利点を有するそれの構成のために、多く
の商業的な応用において直接的に使用可能である。これ
らは、医学上の、生物学上の、地球物理学上のおよび物
理化学の応用のための磁力計を含む。この発明に従って
作られたSQUIDは、実験室測定の広範囲用の極めて感度
のよい電流検出器として用いられ得る。
この発明は、主として、信号コイル、変調コイルおよ
び入力バイアス電流に関連して、平衡で対称的な局面の
全範囲を有するように記載されてきた。しかしながら、
発明の構成は、記載された注意深く平衡し対称的な要素
のすべてよりも少ないもので受入れ可能な商業的なSQUI
D素子を作るために、上記の改良された方法で働くであ
ろう。たとえば、平衡な変調コイルは、信号コイルが正
確に対称的でかつ平衡でなくても、SQUID素子の改良さ
れた動作に寄与する。入力バイアス電流が正確に対称的
で平衡であれば、変調および信号コイルが必ずしもその
ように平衡でなくても、同じことが真実である。また、
信号コイルが正確に平衡であれば、変調コイルおよびバ
イアス電流が正確に平衡で対称的でなくとも、素子は十
分に動作するであろう。
素子は、超電導接地平面層においてスリットの端部に
ホールを有するように示され、それは一般的には丸いSQ
UIDループを形成するように記載されてきた。図２に示
されるような先行技術においては、ワッシャデザインに
おける中心の開口が四角すなわち矩形のように示されて
いることに注意されたい。SQUIDループにおけるこれら
のホールまたは開口は特定の形状を有する必要はなく、
四角形、丸、六角形またはいかなる他の実用的でかつ達
成可能な形状であってもよいことが分かる。
このSQUIDシステムのいくつかの要素のための選択の
超電導要素として、ニオビウムが記載されてきた。もち
ろん、発明はいかなる特別な物質にも限定されない。発
明の主題は、構成およびその構成により生み出される機
能である。
他の実施例が図７に示される。上記のようにSQUIDチ
ップが形成された後、シリコン酸化物（SiO）のさらな
る絶縁層が上部絶縁層の上部へ形成され、それから超電
導ニオビウム101が層がそのSiO層の上部へ形成され、両
者は、図示されたそれのように同じ形状を有する。これ
らの層は、好ましくは、チップ上の適所に堆積され、そ
れらの厚さは前述された他の超電導および絶縁層と同じ
程度である。
この超電導遮蔽層すなわちカバープレート101はジョ
セフソン接合および拡大された端部のホール間の交差さ
れたスリットを覆うために形成される。このプレートの
効果は、スリットからの漏れインダクタンスのさらにい
っそうの減少、無線周波数妨害（RFI）に対する素子の
感度のさらなる減少、および信号コイルおよび変調コイ
ルの両方に対する結合の改善である。プレート101はい
かなる形態を有してもよく、それが、図示されるよう
に、ジョセフソン接合とスリット22および23の長さの大
部分との上に横たわることが必須であるのみであること
に注意されるべきである。直角のスリット間の平面の減
少された領域はキャパシタンスを減少するのに役立つ。
プレート101は、スリットおよび接合が形成されるとき
または前に堆積され得ることも可能である。電気的効果
は、スリットの上部または下部のいずれかのプレート10
1に間して同様であろう。
さらに他の実施例が図８および図９に示され、それら
は図４の回路表現に対する変形である。これらの実施例
は入力インピーダンスの広範囲にわたって対称SQUIDに
おける信号コイル共振を抑制する目的を有する。
入力コイルおよび薄膜SQUIDセンサの主要なループに
おける低減衰（“高いＱ）の電気的共振が、それらの雑
音性能の著しい劣化を起こし得ることは周知である。こ
れらの効果は、Knuutila et al.,Design,Optimizatio
n,and Construction of ａ DC SQUID with Comp
lete Flux Transformer Circuits,J.Low Temp.Phy
s.,Vol 71,Nos.5/6,pp.369−392（1988）に十分に記載
されている。２つの共振が図８および図９の実施例によ
り取扱われる。
第１図は、信号コイルおよび変調コイルの伝送線共振
である。これらは、波長がコイルの電気的長さと同等で
あるようになる周波数において重要になる。その構成に
依存して、これは何百メガヘルツから約10ギガヘルツま
でなることができる。現在の素子については、共振は1G
Hzにおいてであろう。この共振は、整合された終端抵抗
器をコイルの端部に置くことによって減衰され得る。抵
抗器の値はワッシャの上部の入力コイルにより形成され
たマイクロストリップ伝送線の特性インピーダンスとほ
ぼ等しくあるべきである。この発明の説明については、
このインピーダンスは約10〜20オームである。SQUIDル
ープに角の低周波ジョセフソン（熱的）雑音を導入する
ことを避けるために、これらの抵抗器は適当なキャパシ
タを用いることにより直流でバイパスされる。ここで考
えられた周波数については、キャパシタについての数ピ
コファラッドよりも大きいいかなるものも適切であろ
う。
第２番目の共振は、ワッシャに対するそれらの寄生キ
ャパシタンスと共振している信号または変調コイルの一
括されたインダクタンスに関係する。この発明の入力コ
イルはほぼ１マイクロヘンリーのインダクタンスおよび
約10pFの浮遊キャパシタンスを有するので、この共振は
約50MHzで起こると予期される。もしＲおよびＣの値が
（ほぼ） であるように選ばれるならば、各信号コイルを横切るＲ
−Ｃ直列回路網を加えることはこの共振を減衰させるで
あろう。この場合、製造の便宜上Ｃ＝1000pFおよびＲ＝
10オームである。これは、この一括されたコイル共振お
よび前述された伝送線共振の両方を同時に減衰させるた
めの基準を満足することを許す。
各そのような共振減衰は他のものによって取扱われて
きたが、２つの信号コイルをそれら自身の回路網で個々
に減衰させることは以前には提案されていなかった。信
号コイル52は抵抗器105およびキャパシタ106によって減
衰されるが、整合された信号コイル56は同様の抵抗器10
7および同様のキャパシタ108によって減衰される。
代わりのまたは高められた共振減衰について、変調コ
イルもまた同様のＲ−Ｃ回路網を有してもよい。図８に
示されるように、変調コイル62は抵抗器111およびキャ
パシタ112によって減衰され、一方、変調コイル66は同
様の抵抗器113および同様のキャパシタ114によって減衰
される。信号および変調コイルの両方を減衰させること
は必要ではないが、それは望ましいかもしれない。どち
らかの対の減衰はある条件の下では十分かもしれない。
図９の他の実施例は、変調コイル端子117および118間に
接続された抵抗器115およびキャパシタ116からなる単一
のＲ−Ｃ回路網を組入れる。もし望まれるならば、同じ
ことが信号コイル端子121および122間になされ得る。
図８および図９のＲ−Ｃ減衰回路網を用いると、それ
らのコイルは、たとえそれらの間に低い（または０の）
インピーダンス負荷が置かれたとしても減衰されたまま
である。たとえば、もし信号コイル間に置かれた負荷が
かなりの浮遊キャパシタンスを有していれば、これは、
関連する周波数において従来の減衰回路網を、“短絡”
することができる。この実施例においては、抵抗性要素
が各個々のコイルに結合されたままであり、したがっ
て、入力成分のいかなる選択に対してもエネルギを吸収
し続ける。
図８および図９の実施例の構成はこの発明のSQUIDの
対称性の高いレベルの別の利点を示す。その対称性がな
ければ、この単純で非常に効果的な減衰回路は可能では
ないであろう。

Claims (53)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板と、前記基板上の超電導接地平面層
    （21）とを備え、前記超電導接地平面層はその各端部に
    拡大された開口（24,25）を有する第１のスリット（2
    2）を有するように形成され、前記基板上に位置する薄
    膜ジョセフソン接合手段（31,32）をさらに備え、前記
    ジョセフソン接合手段はSQUIDループの部分であり、前
    記ジョセフソン接合手段が相互接続するための手段（3
    3）と、前記第１のスリットの相対する端部における各
    前記拡大された開口と結合関係にある薄膜信号コイル
    （52,56）と、前記ジョセフソン接合手段にバイアス電
    流を与えるための手段（35,36）とをさらに備える、平
    衡薄膜直流SQUIDシステムにおいて、 前記超電導接地平面層（21）がそれらの端部の中間に第
    １のスリットとの交差部を形成する第２のスリット（2
    3）を有するように形成され、前記第２のスリットはそ
    れの各端部に拡大された開口（26,27）を有し、 前記ジョセフソン接合手段（31,32）は前記スリットの
    前記交差部において前記接地平面の対角線上の相対する
    角に位置しており、 前記ジョセフソン接合手段を相互接続するための前記手
    段（33）は前記交差部を横切って延び、 電気的に平衡で物理的に対称的な薄膜変調コイルの対
    （62,66）を備え、各前記変調コイルは前記第２のスリ
    ットの相対する端部における前記拡大された開口（26,2
    7）の１つと結合関係にあり、 前記バイアス電流は、前記変調コイル構成により作られ
    た対称性を妨げないような態様で前記ジョセフソン接合
    に与えられることを特徴とする、平衡薄膜直流SQUIDシ
    ステム。
  2. 【請求項２】前記信号コイルは、互いに関して電気的に
    平衡でかつ物理的に対称的であり、前記変調コイルに関
    して物理的に対称的である、請求の範囲第１項に記載の
    SQUIDシステム。
  3. 【請求項３】前記バイアス電流は電気的に平衡で、物理
    的にかつ電気的に対称的な態様で、前記ジョセフソン接
    合手段に与えられる、請求の範囲第１項または第２項に
    記載のSQUIDシステム。
  4. 【請求項４】前記バイアス電流は、分割一次トランス
    （77）によって与えられ、そこからの電流が前記SQUID
    ループの相対する側に与えられ、請求の範囲第３項に記
    載のSQUIDシステム。
  5. 【請求項５】前記ジョセフソン接合手段を相互接続する
    ための前記手段は超電導ブリッジ（33）を含む、請求の
    範囲第１項に記載のSQUIDシステム。
  6. 【請求項６】入力バイアス電流が、対称的な分割一次ト
    ランス（77）によって、各それぞれのジョセフソン接合
    手段に隣接する前記超電導ブリッジに与えられる、請求
    の範囲第５項に記載のSQUIDシステム。
  7. 【請求項７】出力バイアス電流は、前記バイアス電流の
    ための分割一次トランス（77）の一次コイルの１つの間
    に、かつ、前記ジョセフソン接合手段を含む角以外の前
    記交差部の対角線上の相対する角（44,45）上の前記接
    地平面上の対称的に配置された位置に接続される、請求
    の範囲第１項に記載のSQUIDシステム。
  8. 【請求項８】前記変調コイルは電流援助直列に共に接続
    され、前記信号コイルは電流援助直列に共に接続され
    る、請求の範囲第１項に記載のSQUIDシステム。
  9. 【請求項９】前記ジョセフソン接合手段の上にかつ前記
    交差するスリットの上に延びる超電導プレート（101）
    をさらに含む、請求の範囲第１項に記載のSQUIDシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】信号コイルおよび変調コイルの前記対の
    少なくとも一方の各コイルを横切って選択的に結合され
    た抵抗器／キャパシタ回路網（105,106;107,108;111,11
    2;113,114;115,116）をさらに含む、請求の範囲第２項
    に記載のSQUIDシステム。
  11. 【請求項１１】前記回路網（105,106;107,108）は各前
    記信号コイルを横切って結合される、請求の範囲第10項
    に記載のSQUIDシステム。
  12. 【請求項１２】前記回路網（111,112;113,114）は各前
    記変調コイルを横切って結合される、請求の範囲第10項
    に記載のSQUIDシステム。
  13. 【請求項１３】前記回路網は各前記信号および変調コイ
    ルを横切って結合される、請求の範囲第10項に記載のSQ
    UIDシステム。
  14. 【請求項１４】基板と、前記基板上の超電導接地平面層
    （21）とを備え、前記超電導接地平面層はそれの各端部
    に拡大された開口（24,25）を有する第１のスリット（2
    2）を有するように形成され、前記基板上に位置する薄
    膜ジョセフソン接合手段（31,32）をさらに備え、前記
    ジョセフソン接合手段はSQUIDループの部分であり、前
    記ジョセフソン接合手段を相互接続するための手段（3
    3）と、前記第１のスリットの相対する端部における各
    前記拡大された開口と結合関係にある薄膜信号コイル
    （52,56）と、前記ジョセフソン接合手段にバイアス電
    流を与えるための手段（35,36）とをさらに備える、平
    衡薄膜直流SQUIDシステムにおいて、 前記超電導接地平面層（21）はそれらの端部の中間に第
    １のスリット（22）との交差部を形成する第２のスリッ
    トを有するように形成され、前記第２のスリットはそれ
    の各端部に拡大された開口（26,27）を有し、 前記ジョセフソン接合手段（31,32）は前記スリットの
    前記交差部において前記接地平面の対角線上の相対する
    角上に位置しており、 前記ジョセフソン接合手段を相互接続するための前記手
    段（33）は前記交差部を横切って延び、 薄膜変調コイルの対（62,66）を備え、各前記変調コイ
    ルは前記第２のスリットの相対する端部における前記拡
    大された開口（26,27）の１つと結合関係にあり、 前記ジョセフソン接合手段にバイアス電流を与えるため
    の手段がバイアス電流を対称的に与えるように機能する
    ことを特徴とする、平衡薄膜直流SQUIDシステム。
  15. 【請求項１５】前記信号コイルは、互いに関して電気的
    に平衡でかつ物理的に対称的であり、前記変調コイルに
    関して物理的に対称的である、請求の範囲第14項に記載
    のSQUIDシステム。
  16. 【請求項１６】前記変調コイルは、前記信号コイルに関
    して電気的に平衡でかつ物理的に対称的である、請求の
    範囲第14項に記載のSQUIDシステム。
  17. 【請求項１７】前記信号コイルは、前記バイアス電流を
    与える手段に関して電気的に平衡でかつ物理的に対称的
    である、請求の範囲第15項に記載のSQUIDシステム。
  18. 【請求項１８】前記変調コイルは、前記バイアス電流を
    与える手段に関して電気的に平衡でかつ物理的に対称的
    である、請求の範囲第15項に記載のSQUIDシステム。
  19. 【請求項１９】前記バイアス電流は、分割一次トランス
    （77）によって与えられ、そこからの電流が前記SQUID
    ループの相対する側に与えられる、請求の範囲第14項に
    記載のSQUIDシステム。
  20. 【請求項２０】前記ジョセフソン接合手段を相互接続す
    るための前記手段は超電導ブリッジ（33）を含む、請求
    の範囲第14項に記載のSQUIDシステム。
  21. 【請求項２１】入力バイアス電流が、対称的な分割一次
    トランス（77）によって、各それぞれのジョセフソン接
    合手段に隣接する前記超電導ブリッジに与えられる、請
    求の範囲第20項に記載のSQUIDシステム。
  22. 【請求項２２】出力バイアス電流が、前記バイアス電流
    のための分割一次トランス（77）の一次コイルの１つの
    間に、かつ前記ジョセフソン接合手段を含む角以外の前
    記交差部の対角線上の相対する角（44,45）上の前記接
    地平面上の対称的に配置された位置に接続される、請求
    の範囲第14項に記載のSQUIDシステム。
  23. 【請求項２３】前記変調コイルは電流援助直列に共に接
    続され、前記信号コイルは電流援助直列に共に接続され
    る、請求の範囲第14項に記載のSQUIDシステム。
  24. 【請求項２４】前記ジョセフソン接合手段の上にかつ前
    記交差するスリットの上に延びる超電導プレート（10
    1）をさらに備える、請求の範囲第14項に記載のSQUIDシ
    ステム。
  25. 【請求項２５】信号コイルおよび変調コイルの前記対の
    少なくとも一方の各コイルを横切って選択的に結合され
    た抵抗器／キャパシタ回路網（105,106;107,108;111,11
    2;113,114;115,116）をさらに備える、請求の範囲第15
    項に記載のSQUIDシステム。
  26. 【請求項２６】前記回路網（105,106;107,108）は各前
    記信号コイルを横切って結合される、請求の範囲第25項
    に記載のSQUIDシステム。
  27. 【請求項２７】前記回路網（111,112;113,114）は各前
    記変調コイルを横切って結合される、請求の範囲第25項
    に記載のSQUIDシステム。
  28. 【請求項２８】前記回路網は各前記信号および変調コイ
    ルを横切って結合される、請求の範囲第25項に記載のSQ
    UIDシステム。
  29. 【請求項２９】基板と、前記基板上の超電導接地平面層
    （21）とを備え、前記超電導接地平面層はそれの各端部
    に拡大された開口（24,25）を有する第１のスリット（2
    2）を有するように形成され、前記基板上に位置する薄
    膜ジョセフソン接合手段（31,32）をさらに備え、前記
    ジョセフソン接合手段はSQUIDループの部分であり、前
    記ジョセフソン接合手段を相互接続するための手段（3
    3）と、前記スリットの相対する端部における各前記拡
    大された開口と接合関係にある薄膜信号コイル（52,5
    6）と、前記ジョセフソン接合手段にバイアス電流を与
    えるための手段（35,36）とをさらに備える、平衡薄膜
    直流SQUIDシステムにおいて、 前記超電導接地平面層（21）はその端部の中間に前記第
    １のスリットと相互の交差部を形成する第２のスリット
    （23）を有するように形成され、前記第２のスリットは
    その各端部に拡大された開口（26,27）を有し、 前記ジョセフソン接合手段（31,32）は前記スリットの
    前記交差部において前記接地平面の対角線上の相対する
    角に位置しており、 前記ジョセフソン接合手段を相互接続するための前記手
    段（33）は前記交差部を横切って延び、 電気的に平衡で物理的に対称的な薄膜信号コイルの（5
    2,56）の対を備え、各前記変調コイルは、前記第１のス
    リットの相対する端部における前記拡大された開口の一
    方と結合関係にあり、 前記第２のスリットの相対する端部における前記拡大さ
    れた開口（26,27）と結合関係にある薄膜変調コイル（6
    2,66）を備え、 前記バイアス電流は、前記信号コイル構成により作られ
    る対称性を妨げないような態様で前記ジョセフソン接合
    手段に与えられることを特徴とする、平衡薄膜直流SQUI
    Dシステム。
  30. 【請求項３０】前記変調コイルは、互いに関して電気的
    に平衡でかつ物理的に対称的であり、前記信号コイルに
    関して物理的に対称的である、請求の範囲第29項に記載
    のSQUIDシステム。
  31. 【請求項３１】前記バイアス電流は、電気的に平衡で物
    理的にかつ電気的に対称的な態様で、前記ジョセフソン
    接合手段に与えられる、請求の範囲第29項または第20項
    のいずれかに記載のSQUIDシステム。
  32. 【請求項３２】前記バイアス電流は、分割一次トランス
    （77）によって与えられ、そこからの電流が前記SQUID
    ループの相対する側に与えられる、請求の範囲第31項に
    記載のSQUIDシステム。
  33. 【請求項３３】前記ジョセフソン接合手段を相互接続す
    るための前記手段は超電導ブリッジ（33）を含む、請求
    の範囲第29項に記載のSQUIDシステム。
  34. 【請求項３４】入力バイアス電流が、対称的な分割一次
    トランス（77）によって、各それぞれのジョセフソン接
    合手段に隣接する前記超電導ブリッジに与えられる、請
    求の範囲第33項に記載のSQUIDシステム。
  35. 【請求項３５】出力バイアス電流が、前記バイアス電流
    のための分割一次トランス（77）の一次コイルの１つの
    間に、かつ、前記ジョセフソン接合手段を含む角以外の
    前記交差部の対角線上の相対する角（44,45）上の前記
    接地平面上の対称的に配置された位置に接続される、請
    求の範囲第29項に記載のSQUIDシステム。
  36. 【請求項３６】前記変調コイルは電流援助直列に共に接
    続され、前記信号コイルは電流援助直列に共に接続され
    る、請求の範囲第29項に記載のSQUIDシステム。
  37. 【請求項３７】前記ジョセフソン接合手段の上にかつ前
    記交差するスリットの上に延びる超電導プレート（10
    1）をさらに備える、請求の範囲第29項に記載のSQUIDシ
    ステム。
  38. 【請求項３８】信号コイルおよび変調コイルの前記対の
    少なくとも一方の各コイルを横切って選択的に結合され
    た抵抗器／キャパシタ回路網（105,106;107,108;111,11
    2;113,114;115,116）をさらに備える、請求の範囲第30
    項に記載のSQUIDシステム。
  39. 【請求項３９】前記回路網（105,106;107,108）は各前
    記信号コイルを横切って結合される、請求の範囲第38項
    に記載のSQUIDシステム。
  40. 【請求項４０】前記回路網（111,112;113,114）は各前
    記変調コイルを横切って結合される、請求の範囲第38項
    に記載のSQUIDシステム。
  41. 【請求項４１】前記回路網は各前記信号および変調コイ
    ルを横切って結合される、請求の範囲第38項に記載のSQ
    UIDシステム。
  42. 【請求項４２】基板と、前記基板上の超電導接地平面層
    （21）とを備え、前記超電導接地平面層はその各端部に
    拡大された開口（24,25）を有する第１のスリット（2
    2）を有するように形成され、前記基板上に位置する薄
    膜ジョセフソン接合手段（31,32）をさらに備え、前記
    ジョセフソン接合手段はSQUIDループの部分であり、前
    記ジョセフソン接合手段を相互接続するための手段（3
    3）と、前記第１のスリットの相対する端部における各
    前記拡大された開口と結合関係にある薄膜信号コイル
    （52,56）と、前記ジョセフソン接合手段にバイアス電
    流を与えるための手段（35,36）とをさらに備える、平
    衡薄膜直流SQUIDシステムにおいて、 前記超電導接地平面層（21）がそれらの端部の中間に第
    １のスリット（22）と相互の交差部を形成する第２のス
    リットを有するように形成され、前記第２のスリットは
    その各端部に拡大された開口（26,27）を有し、 前記ジョセフソン接合手段（31,32）は、前記スリット
    の前記交差部において前記接地平面の対角線上の対向す
    る角に位置しており、 前記ジョセフソン接合手段を相互接続するための前記手
    段（33）は前記交差部を横切って延び、 電気的に平衡で物理的に対称的な薄膜信号コイル（52,5
    6）の対を備え、各前記信号コイルは、前記第１のスリ
    ットの相対する端部における前記拡大された開口（24,2
    5）の一方と結合関係にあり、 電気的に平衡で物理的に対称的な薄膜変調コイル（62,6
    6）の対を備え、各前記変調コイルは、前記第２のスリ
    ットの相対する端部における前記拡大された開口（26,2
    7）の一方と結合関係にあり、前記変調コイルの対は、
    前記信号コイルに関して電気的にかつ物理的に対称的で
    あり、 前記ジョセフソン接合手段にバイアス電流を与えるため
    の手段が前記信号コイルおよび変調コイル構成によって
    作られた対称性を強めるようにバイアス電流を対称的に
    与えるべく機能することを特徴とする、平衡薄膜直流SQ
    UIDシステム。
  43. 【請求項４３】前記バイアス電流は、電気的に平衡で物
    理的にかつ電気的に対称的な態様で、前記ジョセフソン
    接合手段に与えられる、請求の範囲第42項のSQUIDシス
    テム。
  44. 【請求項４４】前記バイアス電流は、分割一次トランス
    （77）によって与えられ、そこからの電流が前記SQUID
    ループの相対する側に与えられる、請求の範囲第43項に
    記載のSQUIDシステム。
  45. 【請求項４５】前記ジョセフソン接合手段を相互接続す
    るための前記手段は超電導ブリッジ（33）を含む、請求
    の範囲第42項に記載のSQUIDシステム。
  46. 【請求項４６】入力バイアス電流が、対称的な分割一次
    トランス（77）によって、各それぞれのジョセフソン接
    合手段に隣接する前記超電導ブリッジに与えられる、請
    求の範囲第45項に記載のSQUIDシステム。
  47. 【請求項４７】出力バイアス電流が、前記バイアス電流
    のための分割一次トランス（77）の一次コイルの１つの
    間に、かつ、前記ジョセフソン接合手段を含む角以外の
    前記交差部の対角線上の相対する角（44,45）上の前記
    接地平面上の対称的に配置された位置に接続される、請
    求の範囲第42項に記載のSQUIDシステム。
  48. 【請求項４８】前記変調コイルは電流援助直列に共に接
    続され、前記信号コイルは電流援助直列に共に接続され
    る、請求の範囲第42項に記載のSQUIDシステム。
  49. 【請求項４９】前記ジョセフソン接合手段の上にかつ前
    記交差するスリットの上に延びる超電導プレート（10
    1）をさらに備える、請求の範囲第42項に記載のSQUIDシ
    ステム。
  50. 【請求項５０】信号コイルおよび変調コイルの前記対の
    少なくとも一方の各コイルを横切って選択的に結合され
    た抵抗器／キャパシタ回路網（105,106;107,108;111,11
    2;113,114;115,116）をさらに備える、請求の範囲第42
    項に記載のSQUIDシステム。
  51. 【請求項５１】前記回路網（105,106;107,108）は各前
    記信号コイルを横切って結合される、請求の範囲第50項
    に記載のSQUIDシステム。
  52. 【請求項５２】前記回路網（111,112;113,114）は各前
    記変調コイルを横切って結合される、請求の範囲第50項
    に記載のSQUIDシステム。
  53. 【請求項５３】前記回路網は各前記信号および変調コイ
    ルを横切って結合される、請求の範囲第50項に記載のSQ
    UIDシステム。
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