JPH04110786A - Ｓｑｕｉｄセンサ装置 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄセンサ装置Info
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- JPH04110786A JPH04110786A JP2411228A JP41122890A JPH04110786A JP H04110786 A JPH04110786 A JP H04110786A JP 2411228 A JP2411228 A JP 2411228A JP 41122890 A JP41122890 A JP 41122890A JP H04110786 A JPH04110786 A JP H04110786A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID
Landscapes
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［０００１］
本発明は、２つのジョセフソン要素を有し、入力回路に
より伝達された入力信号を入力結合コイルを介して誘導
作用により入力結合され、またＳＱＵＩＤ回路の部分で
あるＳＱＵＩＤを有しており、その後段にＳＱＵＩＤ回
路のなかで発生された信号を評価するための電子回路が
対応付けられているＳＱＵＩＤセンサ装置に関するもの
である。このようなセンサ装置は刊行物゛米国電気電子
学会論文集・電子デバイス編″ 第ＥＤ−２７巻、第１
０号、１９８０年１０月、第１８９６〜１９０８頁に概
要を示されている。 ［０００２］
より伝達された入力信号を入力結合コイルを介して誘導
作用により入力結合され、またＳＱＵＩＤ回路の部分で
あるＳＱＵＩＤを有しており、その後段にＳＱＵＩＤ回
路のなかで発生された信号を評価するための電子回路が
対応付けられているＳＱＵＩＤセンサ装置に関するもの
である。このようなセンサ装置は刊行物゛米国電気電子
学会論文集・電子デバイス編″ 第ＥＤ−２７巻、第１
０号、１９８０年１０月、第１８９６〜１９０８頁に概
要を示されている。 ［０００２］
”Ｓ ＱＵ Ｉ Ｄ” （Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
Ｄｅｖｉｃｅｓの略称）とも呼ばれる超伝導量子干渉計
により特に非常に弱い磁界が測定される（前記文献“′
米国電気電子学会論文集・電子デバイス編″参照）。従
ってＳＱＵＩＤの好ましい応用分野として医学技術があ
げられる。なぜならば、心臓または脳の磁界（磁気カー
ジオグラフィまたは磁気エンセファログラフィ）はｐＴ
範囲内の磁界強度を生ずるからである。 ［０００３］ 相応の測定装置はグラジオメータまたはマグネトメータ
として構成された少なくとも１つのアンテナと、入力結
合コイルと、集積されたＳＱＵＩＤを含んでいるＳＱＵ
ＩＤ回路と、変調コイルと、増幅器と、評価電子回路と
を含んでいる。 増幅器および評価電子回路を除いて前記の部分はその際
に、そのなかで超伝導作動条件を可能にするため、クラ
イオシステムのなかに収納されている。アンテナは測定
すべき磁界を検出するための少なくとも１つの検出コイ
ルを有する。相応の入力信号は次いでＳＱＵＩＤに配置
されている入力結合コイルにより誘導作用により変圧さ
れる。アンテナおよび入力結合コイルはその際に磁束変
成器とみなされるべき１つの閉じられた超伝導電流回路
または入力回路を形成する。ＳＱＵＩＤ回路のなかへ入
力結合された磁束または磁束勾配を測定するためＲＦ−
３ＱＵＩＤ （高周波または無線周波ＳＱＵＩＤ）もＤ
Ｃ−ＳＱＵＩＤ （直流ＳＱＵＩＤ）も使用される。 ［０００４］ ＤＣ−３ＱＵＩＤはその際に通常、２つのジョセフソン
要素により遮断されている超伝導ループから成っている
。これらのジョセフソン要素の間に２つの直流端子が設
けられている。これらの端子の間の電圧は、これが逆向
きの磁界を発生する特別な帰還コイルによりほぼ一定に
保たれない場合には（磁束ロックドループ） 入力結合
された磁束に関係して変化しなければならないであろう
。帰還コイルに対して必要とされる電流から次いで外部
磁界の大きさが推定され得る。その際に変調コイルによ
り高周波磁界が測定すべき磁界に重畳され得る。後段に
接続されている増幅器は、高周波磁界の周波数および位
相に一致する信号のみを増幅する（ロックイン技術）。 ［０００５］ 相応のＳＱＵＩＤセンサ装置では一般にＳＱＵＩＤは入
力結合コイルと一緒に、その上に設けられている導体部
分と一緒にチップとも呼ばれる保持体要素の上に位置し
ている。従って、こうしてこのチップの一部分を形成す
る入力結合コイルは、保持体要素の上に位置しておらず
、またたいてい比較的はるかに太きい寸法の入力回路の
外側部分に接触させられなければならない。しかし、相
応の超伝導ボンド（接触接続）は一般に鉛合金の使用の
もとにのみ可能である。しかし、このような接触とは一
連の問題が結び付いている。すなわちＳＱＵＩＤチツプ
の組立および交換が高い費用を要する。また故障が不良
のボンド接続のために生じ得る。ニオブ薄膜ＳＱＵＩＤ
では超伝導ボンドの取付のために移行金属化が必要であ
る。超伝導鉛ボンドはさらに機械的および化学的に、特
に生ずる腐食のために安定性に乏しい。 ［０００６］
ｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
Ｄｅｖｉｃｅｓの略称）とも呼ばれる超伝導量子干渉計
により特に非常に弱い磁界が測定される（前記文献“′
米国電気電子学会論文集・電子デバイス編″参照）。従
ってＳＱＵＩＤの好ましい応用分野として医学技術があ
げられる。なぜならば、心臓または脳の磁界（磁気カー
ジオグラフィまたは磁気エンセファログラフィ）はｐＴ
範囲内の磁界強度を生ずるからである。 ［０００３］ 相応の測定装置はグラジオメータまたはマグネトメータ
として構成された少なくとも１つのアンテナと、入力結
合コイルと、集積されたＳＱＵＩＤを含んでいるＳＱＵ
ＩＤ回路と、変調コイルと、増幅器と、評価電子回路と
を含んでいる。 増幅器および評価電子回路を除いて前記の部分はその際
に、そのなかで超伝導作動条件を可能にするため、クラ
イオシステムのなかに収納されている。アンテナは測定
すべき磁界を検出するための少なくとも１つの検出コイ
ルを有する。相応の入力信号は次いでＳＱＵＩＤに配置
されている入力結合コイルにより誘導作用により変圧さ
れる。アンテナおよび入力結合コイルはその際に磁束変
成器とみなされるべき１つの閉じられた超伝導電流回路
または入力回路を形成する。ＳＱＵＩＤ回路のなかへ入
力結合された磁束または磁束勾配を測定するためＲＦ−
３ＱＵＩＤ （高周波または無線周波ＳＱＵＩＤ）もＤ
Ｃ−ＳＱＵＩＤ （直流ＳＱＵＩＤ）も使用される。 ［０００４］ ＤＣ−３ＱＵＩＤはその際に通常、２つのジョセフソン
要素により遮断されている超伝導ループから成っている
。これらのジョセフソン要素の間に２つの直流端子が設
けられている。これらの端子の間の電圧は、これが逆向
きの磁界を発生する特別な帰還コイルによりほぼ一定に
保たれない場合には（磁束ロックドループ） 入力結合
された磁束に関係して変化しなければならないであろう
。帰還コイルに対して必要とされる電流から次いで外部
磁界の大きさが推定され得る。その際に変調コイルによ
り高周波磁界が測定すべき磁界に重畳され得る。後段に
接続されている増幅器は、高周波磁界の周波数および位
相に一致する信号のみを増幅する（ロックイン技術）。 ［０００５］ 相応のＳＱＵＩＤセンサ装置では一般にＳＱＵＩＤは入
力結合コイルと一緒に、その上に設けられている導体部
分と一緒にチップとも呼ばれる保持体要素の上に位置し
ている。従って、こうしてこのチップの一部分を形成す
る入力結合コイルは、保持体要素の上に位置しておらず
、またたいてい比較的はるかに太きい寸法の入力回路の
外側部分に接触させられなければならない。しかし、相
応の超伝導ボンド（接触接続）は一般に鉛合金の使用の
もとにのみ可能である。しかし、このような接触とは一
連の問題が結び付いている。すなわちＳＱＵＩＤチツプ
の組立および交換が高い費用を要する。また故障が不良
のボンド接続のために生じ得る。ニオブ薄膜ＳＱＵＩＤ
では超伝導ボンドの取付のために移行金属化が必要であ
る。超伝導鉛ボンドはさらに機械的および化学的に、特
に生ずる腐食のために安定性に乏しい。 ［０００６］
従って、本発明の課題は、冒頭に記載した特徴を有する
ＳＱＵＩＤセンサ装置を前記の接触問題が実際上半じな
いように構成することである。 ［０００７］
ＳＱＵＩＤセンサ装置を前記の接触問題が実際上半じな
いように構成することである。 ［０００７］
この課題は、本発明によれば、入力回路が誘導作用によ
りＳＱＵＩＤに対応付けられている入力結合コイルを含
んでいる変成器回路に結合されており、またＳＱＵＩＤ
回路および変成器回路が特別な保持体要素の上に配置さ
れていることにより解決される。 ［０００７］ すなわち保持体要素の上に入力回路の部分が直接に構成
されず、特に公知の薄膜技術により析出されない。こう
して入力回路はＳＱＵＩＤ回路および変成器回路に無関
係に作製される。このＳＱＵＩＤセンサ装置の形態と結
び付けられる利点は特に、保持体要素の上に位置しない
入力回路の部分への入力結合コイルの接触のための特殊
なボンド接続が不要であることにある。それによって前
記の接触問題はもはや生じ得ない。さらに入力回路への
入力結合コイルの導電的結合がいまや存在しないために
擾乱信号が直接にＳＱＵＩＤに到達してその機能を阻害
しまたはＳＱＵＩＤを場合によっては損傷することはあ
り得ない。 ［０００８］ ＳＱＵＩＤ回路へのまたはそれからのすべての信号の誘
導式入力および出力結合が行われるようにセンサ装置を
構成することは特に有利である。それによってＳＱＵＩ
Ｄチツプへの超伝導ボンド接続が完全に回避され得る。 従ってＳＱＵＩＤチツプは故障の場合に困難なしに交換
可能である完全な固有の構成部分として製造され得る。 組立の際には、チップをたとえばばね力により保持体板
の上の誘導式結合要素に押し付けることだけが必要であ
る。結合要素は特別な保持体要素の上の部品に比較して
″マクロスコピツク″に構成され得るので、間隔および
調節精度に比較的わずかな要求しか課せられる必要がな
い。 ［０００９］ 本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の有利な実施態様は
従属請求項１にあげられている。 ［００１０］
りＳＱＵＩＤに対応付けられている入力結合コイルを含
んでいる変成器回路に結合されており、またＳＱＵＩＤ
回路および変成器回路が特別な保持体要素の上に配置さ
れていることにより解決される。 ［０００７］ すなわち保持体要素の上に入力回路の部分が直接に構成
されず、特に公知の薄膜技術により析出されない。こう
して入力回路はＳＱＵＩＤ回路および変成器回路に無関
係に作製される。このＳＱＵＩＤセンサ装置の形態と結
び付けられる利点は特に、保持体要素の上に位置しない
入力回路の部分への入力結合コイルの接触のための特殊
なボンド接続が不要であることにある。それによって前
記の接触問題はもはや生じ得ない。さらに入力回路への
入力結合コイルの導電的結合がいまや存在しないために
擾乱信号が直接にＳＱＵＩＤに到達してその機能を阻害
しまたはＳＱＵＩＤを場合によっては損傷することはあ
り得ない。 ［０００８］ ＳＱＵＩＤ回路へのまたはそれからのすべての信号の誘
導式入力および出力結合が行われるようにセンサ装置を
構成することは特に有利である。それによってＳＱＵＩ
Ｄチツプへの超伝導ボンド接続が完全に回避され得る。 従ってＳＱＵＩＤチツプは故障の場合に困難なしに交換
可能である完全な固有の構成部分として製造され得る。 組立の際には、チップをたとえばばね力により保持体板
の上の誘導式結合要素に押し付けることだけが必要であ
る。結合要素は特別な保持体要素の上の部品に比較して
″マクロスコピツク″に構成され得るので、間隔および
調節精度に比較的わずかな要求しか課せられる必要がな
い。 ［０００９］ 本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の有利な実施態様は
従属請求項１にあげられている。 ［００１０］
次に、本発明について図面を参照して説明する。図面を
通じて相応の部分には同一の参照符号が付されている。 ［００１１］ 図１には本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の回路が示
されている。図示されている回路部分では、このような
センサ装置に対してそれ自体は公知の超伝導部分から出
発される。これらの部分はたとえばＳｉから成る特別な
板状の保持体要素２の上に位置している。回路部分は１
つのＳＱＵＩＤ回路３ならびに変成器回路４を形成して
いる。その際に゛′特別な″保持体要素とは一般に、そ
の上に少なくともＳＱＵＩＤ回路３および変成器回路４
が構成されており、しかし回路のなかにあげられている
入力回路の部分は構成されていない基体を意味している
。すなわち場合によっては保持体要素２の上にセンサ装
置の他の部分も位置し得る。 しかし、仮定された実施例によれば、回路３および４は
保持体要素２の上に作製されるべきである。すなわち“
′固有の′°保持体要素を有するべきである。 ［００１２］ ＳＱＵＩＤ回路３は通常ＤＣ−３ＱＵＩＤと呼ばれるＳ
ＱＵＩＤ５を含んでいる。このＳＱＵＩＤは、２つのジ
ョセフソン−トンネル要素（ジョセフソン−接触）６お
よび７が構成されている少なくとも１つの遮断個所を有
するＳＱＵＩＤループＬｓを含んでいる。各ジョセフソ
ン要素はその際に通常、図面中には示されていない分路
抵抗により橋絡されている（前記刊行物″°米国電気電
子学会論文集・電子デバイス編″参照）。ジョセフソン
要素の間にＳＱＵＩＤループＬｓは出力結合コイルＬ３
が接続されている端子８および９を有する。ＳＱＵＩＤ
にはさらに、ＳＱＵＩＤのダイナミック抵抗に適合され
ており出力結合コイルＬ３と直列に接続されているオー
ム抵抗Ｒを有する負荷インピーダンスが対応付けられて
いてよい。 ［００１３］ ＳＱＵＩＤ５またはそのＳＱＵＩＤループＬｓのながへ
磁束を入力結合するため、ＳＱＵＩＤループに入力結合
コイルＬ１が対応付けられている。ＳＱＵＩＤループと
入力結合コイルとの間に構成された相互インダクタンス
はＭで示されている。入力結合コイルＬ１は、前記の従
来技術において通常のように、入力回路特にグラジオメ
ータの図面中には示されていない部分と導電的に接続さ
れていてはならない。それどころか本発明によれば、Ｓ
ＱＵＩＤ５への入力回路の誘導式出力結合が変成器回路
４を介して行われている。そのために変成器回路は入力
結合コイルＬ１とならんで、入力回路のほうに向けられ
た入力巻線Ｌ２をも含んでいる。この巻線を介して変成
器回路のなかへ誘導作用により、入力回路を介して導か
れた入力信号またはこの回路により発生された入力信号
、たとえば磁束が入力結合される。その際に相応の巻数
の選定によりインダクタンスがＳＱＵＩＤループＬｓに
適合され得る。 ［００１４］ さらに図１から明らかなように、ＳＱＵＩＤ回路５のな
がで発生された信号も誘導作用により出力結合コイルＬ
３を介して後段に対応付けられている信号処理する評価
電子回路のなかへ伝達され得る。さらに、ＳＱＵＩＤ回
路の作動のために必要なバイアス電流の誘導式入力結合
を出力結合コイルＬ３を介して行うならば、保持体要素
２の上に位置する超伝導部分への導電的接触が全く必要
でないという重要な利点が生ずる。これらの超伝導部分
は特別な保持体要素２と共に、本発明によるＳＱＵＩＤ
センサ装置のその他の部分と無関係に製造可能でありＳ
ＱＵＩＤチツプ１０と呼ばれる構成部分を有利に形成す
る。このようなＳＱＵＩＤチツプの１つの具体的な実施
例は図２に斜めから見た図として概要を示されてぃる。 ［００１５］ チップ１０の超伝導部分が薄膜技術により保持体要素２
の表面上に析出されていることは有利である。それらは
なかんずく、たとえばほぼ方形または長方形の結合孔１
２を囲む幅の広いリング状の巻線から成る変成器回路４
の入力巻線Ｌ２により形成される。巻線は１つの側にス
リットを切られており、そこで２つの導体１３ａおよび
１３ｂに移行している。これらの導体は入力巻線Ｌ２と
入力結合コイルＬ１との接続をなしている。この入力結
合コイルは公知の仕方で、同じくスリットを切られてお
りたとえばほぼ方形または長方形の結合孔１４を囲むＳ
ＱＵＩＤループＬｓの上に載せられている。これらのＳ
ＱＵＩＤループのスリットには、ＤＣ−３ＱＵＩＤを特
徴付ける両ジョセフソンートンネル要素が構成されてい
る（たとえば“′米国電気電子学会論文集・磁気編″
第ＭＡＧ−１７巻、第１号、１９８１年１月、第４００
〜４０３頁またはヨーロッパ特許第Ａ−０２４６４１９
号明細書を参照）。２つの接続導体１５ａおよび１５ｂ
を介して、こうして形成されたＳＱＵＩＤ５が出力結合
コイルＬ３と接続されており、その際に接続導体の少な
くとも１つのなかに負荷抵抗Ｒが集積されていてよい。 ＳＱＵＩＤ５における電圧信号の出力結合とならんで、
コイルＬ３を介してＳＱＵＩＤの作動のために必要なバ
イアス電流も有利に発生され得る。その際に損失を制限
するため、これらのコイルのインピーダンスは、典型的
に１００ｋＨｚであり得る予め定められた作動周波数に
おいて、たとえば５ΩであるＳＱＵＩＤの抵抗よりも明
白に大きくなければならない。この条件を守ることはコ
イルＬ３の比較的大きい巻数に通ずるので、図示されて
いる実施例によれば、これらのコイルのなかへの有効な
入力結合のために磁束案内のための超伝導面が設けられ
ている。それに応じて出力結合コイルＬ３は同じく１つ
の側にスリットを切られた、たとえばほぼ方形の結合孔
１６を囲む磁束案内ループ１７の上に位置している。入
力巻線Ｌ２．ＳＱＵＩＤループＬｓならびにこの磁束案
内ループ１７は一般にそれぞれ比較的幅の広い導体帯の
単一の巻線からのみ成っているが、入力結合コイルＬ１
は非常に狭い導体帯の単一の巻線により、また出力結合
コイルＬ３はこうしてその比較的多くの巻線により形成
される。チップ１０の具体的な実施例によれば、個々の
コイルまたはループに対して下記の大きさが選定され得
る：［００１６］
通じて相応の部分には同一の参照符号が付されている。 ［００１１］ 図１には本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の回路が示
されている。図示されている回路部分では、このような
センサ装置に対してそれ自体は公知の超伝導部分から出
発される。これらの部分はたとえばＳｉから成る特別な
板状の保持体要素２の上に位置している。回路部分は１
つのＳＱＵＩＤ回路３ならびに変成器回路４を形成して
いる。その際に゛′特別な″保持体要素とは一般に、そ
の上に少なくともＳＱＵＩＤ回路３および変成器回路４
が構成されており、しかし回路のなかにあげられている
入力回路の部分は構成されていない基体を意味している
。すなわち場合によっては保持体要素２の上にセンサ装
置の他の部分も位置し得る。 しかし、仮定された実施例によれば、回路３および４は
保持体要素２の上に作製されるべきである。すなわち“
′固有の′°保持体要素を有するべきである。 ［００１２］ ＳＱＵＩＤ回路３は通常ＤＣ−３ＱＵＩＤと呼ばれるＳ
ＱＵＩＤ５を含んでいる。このＳＱＵＩＤは、２つのジ
ョセフソン−トンネル要素（ジョセフソン−接触）６お
よび７が構成されている少なくとも１つの遮断個所を有
するＳＱＵＩＤループＬｓを含んでいる。各ジョセフソ
ン要素はその際に通常、図面中には示されていない分路
抵抗により橋絡されている（前記刊行物″°米国電気電
子学会論文集・電子デバイス編″参照）。ジョセフソン
要素の間にＳＱＵＩＤループＬｓは出力結合コイルＬ３
が接続されている端子８および９を有する。ＳＱＵＩＤ
にはさらに、ＳＱＵＩＤのダイナミック抵抗に適合され
ており出力結合コイルＬ３と直列に接続されているオー
ム抵抗Ｒを有する負荷インピーダンスが対応付けられて
いてよい。 ［００１３］ ＳＱＵＩＤ５またはそのＳＱＵＩＤループＬｓのながへ
磁束を入力結合するため、ＳＱＵＩＤループに入力結合
コイルＬ１が対応付けられている。ＳＱＵＩＤループと
入力結合コイルとの間に構成された相互インダクタンス
はＭで示されている。入力結合コイルＬ１は、前記の従
来技術において通常のように、入力回路特にグラジオメ
ータの図面中には示されていない部分と導電的に接続さ
れていてはならない。それどころか本発明によれば、Ｓ
ＱＵＩＤ５への入力回路の誘導式出力結合が変成器回路
４を介して行われている。そのために変成器回路は入力
結合コイルＬ１とならんで、入力回路のほうに向けられ
た入力巻線Ｌ２をも含んでいる。この巻線を介して変成
器回路のなかへ誘導作用により、入力回路を介して導か
れた入力信号またはこの回路により発生された入力信号
、たとえば磁束が入力結合される。その際に相応の巻数
の選定によりインダクタンスがＳＱＵＩＤループＬｓに
適合され得る。 ［００１４］ さらに図１から明らかなように、ＳＱＵＩＤ回路５のな
がで発生された信号も誘導作用により出力結合コイルＬ
３を介して後段に対応付けられている信号処理する評価
電子回路のなかへ伝達され得る。さらに、ＳＱＵＩＤ回
路の作動のために必要なバイアス電流の誘導式入力結合
を出力結合コイルＬ３を介して行うならば、保持体要素
２の上に位置する超伝導部分への導電的接触が全く必要
でないという重要な利点が生ずる。これらの超伝導部分
は特別な保持体要素２と共に、本発明によるＳＱＵＩＤ
センサ装置のその他の部分と無関係に製造可能でありＳ
ＱＵＩＤチツプ１０と呼ばれる構成部分を有利に形成す
る。このようなＳＱＵＩＤチツプの１つの具体的な実施
例は図２に斜めから見た図として概要を示されてぃる。 ［００１５］ チップ１０の超伝導部分が薄膜技術により保持体要素２
の表面上に析出されていることは有利である。それらは
なかんずく、たとえばほぼ方形または長方形の結合孔１
２を囲む幅の広いリング状の巻線から成る変成器回路４
の入力巻線Ｌ２により形成される。巻線は１つの側にス
リットを切られており、そこで２つの導体１３ａおよび
１３ｂに移行している。これらの導体は入力巻線Ｌ２と
入力結合コイルＬ１との接続をなしている。この入力結
合コイルは公知の仕方で、同じくスリットを切られてお
りたとえばほぼ方形または長方形の結合孔１４を囲むＳ
ＱＵＩＤループＬｓの上に載せられている。これらのＳ
ＱＵＩＤループのスリットには、ＤＣ−３ＱＵＩＤを特
徴付ける両ジョセフソンートンネル要素が構成されてい
る（たとえば“′米国電気電子学会論文集・磁気編″
第ＭＡＧ−１７巻、第１号、１９８１年１月、第４００
〜４０３頁またはヨーロッパ特許第Ａ−０２４６４１９
号明細書を参照）。２つの接続導体１５ａおよび１５ｂ
を介して、こうして形成されたＳＱＵＩＤ５が出力結合
コイルＬ３と接続されており、その際に接続導体の少な
くとも１つのなかに負荷抵抗Ｒが集積されていてよい。 ＳＱＵＩＤ５における電圧信号の出力結合とならんで、
コイルＬ３を介してＳＱＵＩＤの作動のために必要なバ
イアス電流も有利に発生され得る。その際に損失を制限
するため、これらのコイルのインピーダンスは、典型的
に１００ｋＨｚであり得る予め定められた作動周波数に
おいて、たとえば５ΩであるＳＱＵＩＤの抵抗よりも明
白に大きくなければならない。この条件を守ることはコ
イルＬ３の比較的大きい巻数に通ずるので、図示されて
いる実施例によれば、これらのコイルのなかへの有効な
入力結合のために磁束案内のための超伝導面が設けられ
ている。それに応じて出力結合コイルＬ３は同じく１つ
の側にスリットを切られた、たとえばほぼ方形の結合孔
１６を囲む磁束案内ループ１７の上に位置している。入
力巻線Ｌ２．ＳＱＵＩＤループＬｓならびにこの磁束案
内ループ１７は一般にそれぞれ比較的幅の広い導体帯の
単一の巻線からのみ成っているが、入力結合コイルＬ１
は非常に狭い導体帯の単一の巻線により、また出力結合
コイルＬ３はこうしてその比較的多くの巻線により形成
される。チップ１０の具体的な実施例によれば、個々の
コイルまたはループに対して下記の大きさが選定され得
る：［００１６］
【表１】
コイル７１巻数 Ｉインプラ １対応付けられている結
合孔の広がりループ １ １タンス １ （辺の長
さ）Ｌｓ ｌ １１１００ｐＨｌ結合孔 １４
：５０μｍＬｌ ７ ５ｎＨＬｓを
見よＬ２ １１ ４７ｎＨ結合孔 １２：３ｍ
ｍＬ３ １１００１ ４７μＨｌ結合孔 １６：３ｍ
ｍ［００１７］ 保持体要素２の上に位置する入力巻線Ｌ２と、予め製作
されたＳＱＵＩＤチツプ１０の出力結合コイルＬ３とに
次いで入力回路の出力巻線または後段に対応付けられ、
ている電子回路の入力巻線が後から添えられる。すなわ
ち本発明によれば入力回路または電子回路の図面には示
されていないこれらの巻線は直接に保持体要素２の上に
作製されない。 ［００１８］ 公知の交流バイアス法の１つによる本発明によるＳＱＵ
ＩＤセンサ装置のＳＱＵＩＤ回路の作動により、ＤＣ−
３ＱＵＩＤに対して、すべての機能を誘導作用によりＳ
ＱＵＩＤに結合することも可能である。相応の方法は′
″ＤＹＮＡＢＩＡＳ′°（たとえば米国特許第４３８９
６１２号明細書参照）または′″５ＨＡＤ” （たと
えば“アプライド・フィジックス・レターズ′° 第４
９巻、第２０号、１９８６年１１月、第１３９３〜１３
９５頁参照）の名称でも知られている。その場合に入力
および出力結合のために重要であるＳＱＵＩＤＳ内の電
流にＳＱＵＩＤの両ジョセフソンートンネル要素が（磁
束入力結合のために）−口直列に、カリ（バイアス−入
力結合および同時の信号出力結合のために）−回並列に
応答するので、そのために少なくとも両結合コイルＬ１
およびＬｓが必要である。 ［００１９］ ”５ＨＡＤ”法により作動する１つのマグネトメータで
の相応のＳＱＵＩＤセンサ装置の応用は図３に示されて
いる回路図から出発する。マグネトメータは１チヤネル
と仮定されている。マルチチャネルの実施例は相応の数
のＳＱＵＩＤセンサ装置を有する。この回路図の基礎と
なっている実施例では、公知のマグネトメータループ装
置２０により検出された入力信号は出力巻線２１を介し
て誘導作用によりチップ１０の変成器回路４のなかへ、
またそこで誘導作用によりＳＱＵＩＤ回路３のＳＱＵＩ
Ｄのなかへ入力結合される。ループ装置２０および巻線
２１と共に磁束変成器を形成する回路は入力回路と呼ば
れている。ＳＱＵＩＤ回路３のなかで発生されたＳＱＵ
ＩＤ信号は次いで誘導作用により、後段に対応付けられ
ている磁束変成器２４の入力巻線２３に伝達され、また
そこから信号−共振変成器２５を経て室温にある前置増
幅器２６に到達する。この前置増幅器の後段にミクサ回
路２７が対応付けられている。このミクサ回路のなかに
、発振器装置２８から発生された信号も与えられる。こ
うして得られた混合信号は次いで積分器回路２９を経て
、その後の評価および表示のための後段に接続されてい
る電子回路に導かれる。さらに示されている回路図から
明らかなように、特殊なバイアス−発振器回路３０から
バイアス−交流電流ＩＢが、ＳＱＵＩＤ回路３の後段に
対応付けられている磁束変成器２４に与えられる。この
交流電流は誘導作用により、ＳＱＵＩＤ回路３の出力結
合コイルおよび磁束変成器２４の入力巻線２３から形成
される結合要素を介してＳＱＵＩＤ回路のなかに到達す
る。さらに発振器装置２８は、変成器回路４のなかへ変
調コイル３１を介して誘導作用により入力結合すべき変
調信号Ｍｓを発生する。この変調コイルは変成器回路４
の入力巻線Ｌ２と一緒に結合変成器を形成する。さらに
、入力回路２２までの反結合により回路全体が有利に直
線化され得る。相応の反結合Ｇｓはたとえば積分器回路
２９の出力端から取り出され、また反結合変成器３３に
導かれる。この反結合変成器の巻線３３ａは入力回路２
２のなかに集積されている。 ［００２０］ 図３に示されている実施例によれば、マグネトメータで
の本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の応用が示された
。しかし、センサ装置の使用はこの応用例に限定されな
い。それどころか本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置は
、薄膜ＳＱＵＩＤチップにおいて前記の接触問題が生ず
るところにはどこにでも有利に応用され得る。 ［００２１］ 本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置に対してその超伝導
部分は、ＬＨｅ技術によりそのたとえば４２にの超伝導
作動温度に保たれる公知の古典的な超伝導体材料から製
造され得る。しかし、本発明によるセンサ装置における
誘導式結合の特別な利点は、一般にＬＮ２技術によりた
とえば７７にの温度にだもたれるべき公知の高Ｔｃ超伝
導体材料の使用の際に認められる。すなわち、たとえば
物質系ＹＢａ−Ｃｕ−〇、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−〇
またはＴｉ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０をベースとするこれ
らの金属酸化物−高Ｔｃ超伝導体材料では、酸化物セラ
ミックス材料の際立った異方性に基づいて、超伝導ボン
ド接続に特に困難を伴う。これらの超伝導体材料との常
伝導接続も大きな問題を生ずる。
合孔の広がりループ １ １タンス １ （辺の長
さ）Ｌｓ ｌ １１１００ｐＨｌ結合孔 １４
：５０μｍＬｌ ７ ５ｎＨＬｓを
見よＬ２ １１ ４７ｎＨ結合孔 １２：３ｍ
ｍＬ３ １１００１ ４７μＨｌ結合孔 １６：３ｍ
ｍ［００１７］ 保持体要素２の上に位置する入力巻線Ｌ２と、予め製作
されたＳＱＵＩＤチツプ１０の出力結合コイルＬ３とに
次いで入力回路の出力巻線または後段に対応付けられ、
ている電子回路の入力巻線が後から添えられる。すなわ
ち本発明によれば入力回路または電子回路の図面には示
されていないこれらの巻線は直接に保持体要素２の上に
作製されない。 ［００１８］ 公知の交流バイアス法の１つによる本発明によるＳＱＵ
ＩＤセンサ装置のＳＱＵＩＤ回路の作動により、ＤＣ−
３ＱＵＩＤに対して、すべての機能を誘導作用によりＳ
ＱＵＩＤに結合することも可能である。相応の方法は′
″ＤＹＮＡＢＩＡＳ′°（たとえば米国特許第４３８９
６１２号明細書参照）または′″５ＨＡＤ” （たと
えば“アプライド・フィジックス・レターズ′° 第４
９巻、第２０号、１９８６年１１月、第１３９３〜１３
９５頁参照）の名称でも知られている。その場合に入力
および出力結合のために重要であるＳＱＵＩＤＳ内の電
流にＳＱＵＩＤの両ジョセフソンートンネル要素が（磁
束入力結合のために）−口直列に、カリ（バイアス−入
力結合および同時の信号出力結合のために）−回並列に
応答するので、そのために少なくとも両結合コイルＬ１
およびＬｓが必要である。 ［００１９］ ”５ＨＡＤ”法により作動する１つのマグネトメータで
の相応のＳＱＵＩＤセンサ装置の応用は図３に示されて
いる回路図から出発する。マグネトメータは１チヤネル
と仮定されている。マルチチャネルの実施例は相応の数
のＳＱＵＩＤセンサ装置を有する。この回路図の基礎と
なっている実施例では、公知のマグネトメータループ装
置２０により検出された入力信号は出力巻線２１を介し
て誘導作用によりチップ１０の変成器回路４のなかへ、
またそこで誘導作用によりＳＱＵＩＤ回路３のＳＱＵＩ
Ｄのなかへ入力結合される。ループ装置２０および巻線
２１と共に磁束変成器を形成する回路は入力回路と呼ば
れている。ＳＱＵＩＤ回路３のなかで発生されたＳＱＵ
ＩＤ信号は次いで誘導作用により、後段に対応付けられ
ている磁束変成器２４の入力巻線２３に伝達され、また
そこから信号−共振変成器２５を経て室温にある前置増
幅器２６に到達する。この前置増幅器の後段にミクサ回
路２７が対応付けられている。このミクサ回路のなかに
、発振器装置２８から発生された信号も与えられる。こ
うして得られた混合信号は次いで積分器回路２９を経て
、その後の評価および表示のための後段に接続されてい
る電子回路に導かれる。さらに示されている回路図から
明らかなように、特殊なバイアス−発振器回路３０から
バイアス−交流電流ＩＢが、ＳＱＵＩＤ回路３の後段に
対応付けられている磁束変成器２４に与えられる。この
交流電流は誘導作用により、ＳＱＵＩＤ回路３の出力結
合コイルおよび磁束変成器２４の入力巻線２３から形成
される結合要素を介してＳＱＵＩＤ回路のなかに到達す
る。さらに発振器装置２８は、変成器回路４のなかへ変
調コイル３１を介して誘導作用により入力結合すべき変
調信号Ｍｓを発生する。この変調コイルは変成器回路４
の入力巻線Ｌ２と一緒に結合変成器を形成する。さらに
、入力回路２２までの反結合により回路全体が有利に直
線化され得る。相応の反結合Ｇｓはたとえば積分器回路
２９の出力端から取り出され、また反結合変成器３３に
導かれる。この反結合変成器の巻線３３ａは入力回路２
２のなかに集積されている。 ［００２０］ 図３に示されている実施例によれば、マグネトメータで
の本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の応用が示された
。しかし、センサ装置の使用はこの応用例に限定されな
い。それどころか本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置は
、薄膜ＳＱＵＩＤチップにおいて前記の接触問題が生ず
るところにはどこにでも有利に応用され得る。 ［００２１］ 本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置に対してその超伝導
部分は、ＬＨｅ技術によりそのたとえば４２にの超伝導
作動温度に保たれる公知の古典的な超伝導体材料から製
造され得る。しかし、本発明によるセンサ装置における
誘導式結合の特別な利点は、一般にＬＮ２技術によりた
とえば７７にの温度にだもたれるべき公知の高Ｔｃ超伝
導体材料の使用の際に認められる。すなわち、たとえば
物質系ＹＢａ−Ｃｕ−〇、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−〇
またはＴｉ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０をベースとするこれ
らの金属酸化物−高Ｔｃ超伝導体材料では、酸化物セラ
ミックス材料の際立った異方性に基づいて、超伝導ボン
ド接続に特に困難を伴う。これらの超伝導体材料との常
伝導接続も大きな問題を生ずる。
【図１】
本発明によるセンサ装置のＳＱＵＩＤチツプの原理回路
図である。
図である。
【図２】
図１中に示されている回路部分の具体的な実施例を斜め
から見た概要図である
から見た概要図である
【図３】
本発明によるセンサ装置を有するマグネトメータ回路の
主要な部分を示す図である。
主要な部分を示す図である。
保持体要素（チップ）
ＳＱＵＩＤ回路
変成器回路
ＱＵＩＤ
ジョセフソン要素
端子
ＳＱＵＩＤチツプ
８．９
１２ 結合孔
１３ａ、１３ｂ 接続導体
１４ 結合孔
１５ａ、１５ｂ 接続導体
１６ 結合孔
１７ 磁束案内ルーフ
２０ グラジオメータループ装置
２１ 出力巻線
２２ 入力回路
２３ 入力巻線
２４ 磁束変成器
２５ 信号−共振変成器
２６ 前置増幅器
２７ 混合回路
２８ 発振器装置
２９ 積分器回路
３０ バイアス−発振器回路
３１ 変調コイル
３３ 反結合変成器
３３ａ 変成器巻線
Ｌｓ ＳＱＵＩＤルーフ
Ｒ負荷抵抗
Ｌｌ 入力結合コイル
Ｌ２ 入力巻線
Ｌｓ 出力結合コイル
Ｍ 相互インダクタンス
ＩＢ バイアス電流
Ｍｓ 変調信号
【図１】
図面
【図３１
Claims (8)
- 【請求項１】２つのジョセフソン要素（６、７）を有す
るＳＱＵＩＤ（５）を有するＳＱＵＩＤ回路（３）と、 入力回路（２２）と、 誘導作用により入力回路（２２）の入力信号を伝達すべ
き変成器回路（４）であって、変成器回路（４）に伝達
された入力信号を誘導作用によりＳＱＵＩＤ（５）のな
かへ入力結合するための入力結合コイル（Ｌｉ）を含ん
でいる変成器回路（４）とを有し、その際に変成器回路
（４）およびＳＱＵＩＤ回路（３）が特別な保持体要素
（２）の上に配置されており、また、ＳＱＵＩＤ回路（
３）の後段に対応付けられており、ＳＱＵＩＤ回路（３
）のなかで発生された出力信号を評価するための電子回
路（２４ないし２９）を有するＳＱＵＩＤセンサ装置に
おいて、 ＳＱＵＩＤ回路（３）の後段に対応付けられている電子
回路（２４ないし２９）のなかへの出力信号の誘導式出
力結合のために、一緒に特別な保持体要素（２）の上に
配置されている相応の出力結合コイル（Ｌ３）を含んで
いることを特徴とするＳＱＵＩＤセンサ装置。 - 【請求項２】出力結合コイル（Ｌ３）に、後段に対応付
けられている電子回路（２４ないし２９）の入力巻線（
２３）が添えられていることを特徴とする請求項１記載
のセンサ装置。 - 【請求項３】変成器回路（４）が入力回路（２２）のほ
うに向けられた入力巻線（Ｌ２）を含んでおり、それに
入力回路（２２）の出力巻線（２１）が添えられている
ことを特徴とする請求項１または２記載のセンサ装置。 - 【請求項４】ＳＱＵＩＤ（５）の変調のために変調コイ
ル（３１）が設けられており、それにより変調信号が誘
導作用により変成器回路（４）のなかへ入力結合されて
いることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の
センサ装置。 - 【請求項５】交流電流バイアス法によるＳＱＵＩＤ（５
）の作動のためにＳＱＵＩＤ回路（３）のなかへのバイ
アス信号の誘導式入力結合が行われていることを特徴と
する請求項１ないし４の１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項６】後段に対応付けられている電子回路（２４
ないし２９）の出力信号の反結合が誘導作用により入力
回路（２２）のなかへ行われていることを特徴とする請
求項１ないし５の１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項７】出力結合コイル（Ｌ３）が磁束案内のため
に超伝導ループ（１７）の上に配置されていることを特
徴とする請求項１ないし６の１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項８】少なくとも保持体要素（２）の上に位置す
る変成器回路（４）およびＳＱＵＩＤ回路（３）の超伝
導部分が７７Ｋを越える跳躍温度を有する金属酸化物−
高Ｔｃ−超伝導体材料から成っていることを特徴とする
請求項１ないし７の１つに記載のセンサ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89123568.1 | 1989-12-20 | ||
| EP19890123568 EP0433482B1 (de) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | SQUID-Sensoreinrichtung mit induktiver Einkopplung eines Eingangssignals in ein SQUID |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04110786A true JPH04110786A (ja) | 1992-04-13 |
Family
ID=8202256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2411228A Pending JPH04110786A (ja) | 1989-12-20 | 1990-12-17 | Ｓｑｕｉｄセンサ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0433482B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04110786A (ja) |
| DE (1) | DE58906120D1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07120436A (ja) * | 1993-10-20 | 1995-05-12 | Seiko Instr Inc | 非破壊検査装置 |
| DE19505060C2 (de) * | 1995-02-15 | 2003-04-10 | Siemens Ag | Magnetfeldempfindliche SQUID-Einrichtung mit Leiterteilen aus Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterialien |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4389612A (en) * | 1980-06-17 | 1983-06-21 | S.H.E. Corporation | Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS |
| US4804915A (en) * | 1987-02-16 | 1989-02-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Squid magnetometer including a flux-gate chopper using a mechanically vibrating superconducting mirror |
-
1989
- 1989-12-20 DE DE89123568T patent/DE58906120D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-20 EP EP19890123568 patent/EP0433482B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-12-17 JP JP2411228A patent/JPH04110786A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE58906120D1 (de) | 1993-12-09 |
| EP0433482B1 (de) | 1993-11-03 |
| EP0433482A1 (de) | 1991-06-26 |
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