JPH0784020A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JPH0784020A
JPH0784020A JP5253817A JP25381793A JPH0784020A JP H0784020 A JPH0784020 A JP H0784020A JP 5253817 A JP5253817 A JP 5253817A JP 25381793 A JP25381793 A JP 25381793A JP H0784020 A JPH0784020 A JP H0784020A
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thin film
magnetic flux
flux transformer
magnetic sensor
squid
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Yuichi Hisagai
裕一 久貝
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】SQUID1と磁束トランス2とを含む磁気セ
ンサにおいて、SQUID1は弱結合を含む超電導ルー
プにより構成されており、磁束トランス2は常伝導体に
より構成されている。 【効果】磁束トランスが常伝導体により形成されている
ので、製造工程上での超伝導体の特性劣化がなく、設計
仕様に忠実な製品を歩留り良く製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、高感度な磁束センサとして種
々の応用が期待されているSQUIDを用いた磁気セン
サの新規な構成に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導体の特異な特性を利用したセンサ
としてSQUIDが知られている。SQUIDは、少な
くともひとつの弱結合を含む超電導ループにより構成さ
れており、センサとして使用される場合は磁束トランス
と併せて使用されることが一般的である。
【0003】図3および図4は、SQUIDを用いた磁
気センサの典型的な構成を模式的に示す図である。
【0004】図3に示すように、磁気センサは、第1基
板11上に形成された弱結合1aを含む超電導ループから
なるSQUID1と、第2基板12上に形成されたピック
アップコイル2aおよびインプットコイル2bを含む磁
束トランス2とから構成されており、図4に示すよう
に、第1基板11および第2基板12を貼り合わせることに
より磁気センサとして完成する。このとき、SQUID
1の中心と、インプットトコイル2bの中心とが一致す
るように両者は貼り合わされ、磁界の検出はピックアッ
プコイル2a側で行われる。このような構成により、磁
気センサとしての入力感度を調節することができる他、
物理的なレイアウトの選択の範囲が広くなる。
【0005】さらに、上記のような基本構成を有する磁
気センサにおいて、図5に示すように、磁束トランス2
のピックアップコイルaを、互いに巻方向が逆な1対の
コイル2a−1、2a−2から構成したグラジオメータ
として構成することも知られている。このような構成に
よれば、空間的にほぼ一様な環境磁界の変動によりピッ
クアップコイル2aに生じる電流の変動は打ち消される
が、コイル2a−1、2a−2間の磁界の勾配は安定に
検出することができる。従って、環境磁界の変動の影響
を除去して磁界の状態を検出することが可能になる。
【0006】上述のように、SQUIDを用いた磁気セ
ンサでは、磁束トランスの各コイルの寸法および巻き数
を適切に設定することにより、磁気センサとして所望の
感度等を設定することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は超電
導材料といえば特定の金属または合金であり、前述のよ
うなSQUIDは金属薄膜により、磁束トランスは金属
線あるいは金属薄膜を適宜加工して、それぞれ作製され
ていた。これに対して、近年発見あるいは開発された複
合酸化物系超電導材料は、一般に薄膜として合成するこ
とにより良質なものが得られている。この種の酸化物超
電導薄膜は、半導体薄膜等と同様にフォトリソグラフィ
技術により微細加工が可能であり、SQUIDあるいは
磁束トランスも薄膜のパターニングにより作製すること
ができる。
【0008】ただし、特に複数巻きのコイルを含む磁束
トランスは、1回の成膜処理と単純な2次元的なパター
ニング処理だけでは製作できない。即ち、図3中に示す
ように、複数巻きのコイルでは必ず線路が交叉するの
で、交叉点において線路間に絶縁膜3を間挿する必要が
ある。このため、絶縁膜と超電導薄膜とを積層する工程
や、各層に対する個別のパターニング処理が必要にな
る。一方、特に酸化物超電導体はその組成が微妙なの
で、成膜およびパターニングを繰り返す製造工程におい
て、既に成膜されている酸化物超電導体薄膜の特性劣化
が生じやすい。
【0009】また、磁束トランスを薄膜で作製する限
り、実際に作製することができる磁束トランス、特にピ
ックアップコイルの寸法は供給され得る酸化物超電導薄
膜の寸法に制限されるが、実際に品質の高い大面積酸化
物超電導薄膜の作製には多くの課題が残されている。
【0010】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、製作上および使用上の制限が少ない、新規な
磁気センサを提供することをその目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、SQU
IDと磁束トランスとを含む磁気センサにおいて、該S
QUIDが弱結合を含む超電導ループにより構成されて
おり、該磁束トランスが常伝導体により構成されている
ことを特徴とする磁気センサが提供される。
【0012】
【作用】本発明に係る磁気センサは、超電導体により形
成されたSQUIDと常伝導体により形成された磁束ト
ランスとを組み合わせて構成されている点にその主要な
特徴がある。
【0013】即ち、SQUIDを用いた従来の磁気セン
サは、磁束トランスを含めた全ての電流路を超電導体で
製造していたので、高度な加工技術が要求される上に作
製工数が多く、更に、最終的な歩留りも低いという問題
があった。
【0014】これに対して本発明に係る磁気センサは、
磁束トランスを常伝導体により形成しているので上記の
ような問題が生じない。即ち、SQUIDと磁束トラン
スとからなる磁気センサにおいて、超電導体特有の現象
を利用しているSQUIDは不可避に超電導材料を使用
しなければならないが、SQUIDの感度さえ充分なら
ば、磁束トランスは必ずしも超電導体である必要はな
い。従って、磁束トランスの材料を金属等の常伝導体か
ら適宜選択すれば、酸化物超電導薄膜に対してはSQU
IDを作製するための1回だけの成膜およびパターニン
グ処理を行うだけで磁気センサを完成することができ
る。尚、磁束トランスは、電気抵抗の低い材料ならばい
かなる材料を使用することもできるが、その用途に鑑み
て、非磁性体を使用することが好ましい。
【0015】このような本発明に係る磁気センサは、磁
束トランスが常伝導体で形成されているので、磁束トラ
ンスの形状、寸法等の自由度が大きい上に製造も容易で
ある。また、製造コストも低減される。
【0016】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【0017】
【実施例】図1は、本発明に係る磁気センサの具体的な
構成例とその作製過程を示す図である。
【0018】本発明に係る磁気センサの作製工程でも、
図1(a) に示すように、SQUID1と、磁束トランス
2とを別途作製し、最終的に、図3(b) に示したよう
に、両者を貼り併せて磁気センサとする。
【0019】本実施例では、SQUIDは酸化物超電導
薄膜をパターニングして作製している。即ち、図1(a)
に示すように、第1基板11上の酸化物超電導薄膜を適切
にパターニングすることにより、液体窒素による冷却で
動作するSQUID1が得られる。
【0020】一方、磁束トランス2は、図1(b) に示す
ように、第2基板12上の金属薄膜、例えば、Au薄膜やAg
薄膜等をパターニングして構成することができる。この
とき、酸化物超電導薄膜とは異なり、金属薄膜は任意の
大きさのものを入手あるいは作製することができるの
で、所望の大きさ並びに形状の磁束トランスを作製する
ことができる。
【0021】なお、常伝導体を使用した磁束トランスに
は電気抵抗が生じるので、最終的に磁気センサとしての
充分な感度を実現するためには適切な設計が必要であ
る。具体的には、電気抵抗の低減を図って金属薄膜の膜
厚を厚くしたり線幅を広くしたりすることが有効であ
る。また、充分な感度を確保するために、ピックアップ
コイル2aの有効径を充分に大きくすることも好まし
い。
【0022】以上のようにして作製したSQUID1ま
たは磁束トランス2をそれぞれ装荷した第1基板11およ
び第2基板12を貼り合わせることにより、図3(b) に示
したものと基本的には同じ構造の磁気センサが完成す
る。この磁気センサにおいて、酸化物超電導薄膜により
形成されたSQUID1は、特に磁束トランスにおける
慮外の特性劣化が生じないので、設計仕様をよく反映し
た磁気センサを確実に製造することができる。
【0023】図2は、本発明に係る磁気センサの他の構
成例において特に特徴的な磁束トランスの形状を示す図
である。
【0024】同図に示すように、この実施例で使用され
る磁束トランスは、薄膜ではなく金属線により作製され
る。ここで、ピックアップコイル2aは充分に大きな有
効径を有することが好ましく、一方、インプットコイル
2bは、酸化物超電導薄膜で作製できるSQUIDに寸
法を合わせて比較的小さく成形されている。このような
磁束トランスに対して、図1に示したようなSQUID
を装着することにより磁気センサが完成する。なお、ピ
ックアップコイル2aは、例えばAg線のように電気抵抗
が低く、Au線のように化学的に安定であるもの使用する
ことが好ましい。また、使用する金属線は非磁性体であ
ることが好ましい。
【0025】以上のように構成された磁束トランスを用
いた磁気センサは、ピックアップコイル2aを任意の寸
法と形状で作製することができるので、用途に応じた磁
気センサの設計が容易になる。例えば、図2に示した構
造の磁束トランスにおいて、ピックアップコイル2aの
径を 100mmφ以上に大きくして、大きな試料の測定を行
うことが考えられるが、酸化物超電導薄膜ではこのよう
な大きな寸法は実現されていない。また、磁束トランス
2は必ずしも超電導臨界温度まで冷却する必要がないの
で、冷却装置を含む実際の装置の構成も簡素になる。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る磁気センサはその磁束トランスが常伝導体により形成
されているので、製造工程上での超電導体の特性劣化が
なく、設計仕様に忠実な製品を歩留り良く製造すること
ができる。
【0027】また、磁束トランス自体は、必ずしも超電
導臨界温度まで冷却する必要はないので、冷却設備を含
めた装置全体の構成も簡素になる。
【0028】更に、磁束トランスの寸法並び形状につい
て設計の自由度が高いので、用途に応じて適切な磁束ト
ランスを設計することができ、磁気センサの応用範囲を
拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気センサの具体的な構成例を示
す図である。
【図2】本発明に係る磁束トランスの他の構成例を示す
図である。
【図3】SQUIDを用いた磁気センサの一般的な構成
をその製造過程により示す図である。
【図4】SQUIDを用いた磁気センサの一般的な構成
を、その外観により示す図である。
【図5】SQUIDを用いた磁気センサで使用される磁
束トランスの他の形状を示す図である。
【符号の説明】
1・・・SQUID、 1a・・弱結合、2
・・・磁束トランス、 2a・・・ピックアッ
プコイル、2b・・インプットコイル 3・・・
絶縁膜、11・・・第1基板、 12・・・第
2基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SQUIDと磁束トランスとを含む磁気セ
    ンサにおいて、該SQUIDが弱結合を含む超電導体の
    ループにより構成されており、該磁束トランスが常伝導
    体により構成されていることを特徴とする磁気センサ。
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JP2008527684A (ja) * 2004-12-30 2008-07-24 ディー−ウェイブ システムズ,インコーポレイテッド 情報処理用の結合方法およびアーキテクチャ
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