專利名稱：一種新型結構的平面二階磁場梯度計的制作方法
技術領域：
本發明涉及超導量子干涉器件(SQUID)技術領域。
超導量子干涉器(SQUID)是非常靈敏的磁場探測器件。在許多應用中，為減少環境雜散磁場(如地磁場和空間電磁波)的影響，通常都采用梯度計。對高溫超導而言，由于沒有超導線，不能用傳統的梯度線圈的方式來構成梯度計。目前對于高溫超導體，SQUID梯度計以兩種形式來實現第一種稱之為電子學梯度計；第二種叫平面梯度計。電子學梯度計是由兩個及兩個以上的SQUID磁強計構成，通過電子學的方法將SQUID磁強計的輸出信號相減得到梯度計。它具有基線長度可任意長，平衡度可外部調節的優點。但缺點是制作結構和電子學線路復雜，并且如果單個的SQUID在外界磁場干擾下不能工作，則梯度計也就不能工作了。平面梯度計是將SQUID和梯度探測線圈做在一個基片上而形成梯度計。雖有基線長度受基片尺寸的限制和器件制作相對復雜的缺點，但使用簡單，抗干擾強。
目前的高溫超導體一階SQUID梯度計采用電子學梯度計和平面梯度計兩種形式都有(文獻1，D.Koelle，R.Kleiner，F.Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999))，而高溫超導二階SQUID梯度計多為電子學形式的，有些是由兩個平面一階梯度計構成的。
以往有關高溫超導平面二階磁場梯度計的唯一一篇文獻(文獻2，S.-G.Lee，Y.Hwang，B.-C.Nam，J.-T.Kim，I.-S.Kim，‘Direct-coupled second-order superconducting quantum interferencedevice gradiometer from single layer of high temperaturesuperconductor’，Appl.Phys.Lett.vol.73 2345(1998))中探測線圈由左、中、右三個面積相等的閉合環路(以A、B和C表示)(見
圖1)。其中環路A與環路B組成一階梯度探測線圈，提供與ΦA-ΦB成正比的電流，同時環路B與環路C組成的另一一階梯度探測線圈提供與ΦB-ΦC成正比的電流；兩部分分別與SQUID直接耦合，效果相減獲得與ΦA-2ΦB+ΦC成正比的耦合電流，從而得到二階磁場梯度計。但這種二階平面式梯度計中的SQUID的位置必須在線圈邊緣的中點處，且只能有一個SQUID與探測線圈耦合。對高溫超導薄膜而言，薄膜邊緣的質量一般不如中間的好，因此在邊緣做SQUID的成品率不高。
本發明的目的在于改進已有技術的缺點，采用雙閉合環路探測線圈，使兩個閉合環路的公共部分中的電流與ΦA-2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合，從而得到二階磁場梯度計。本發明的結構簡單，且對SQUID的位置要求不嚴格，可由多個SQUID與線路耦合以提高成品率。
本發明的目的是這樣實現的(見圖2)1)將高溫超導膜光刻成2個的閉合環路。其中一個閉合環路由開環路A、開環路C和連接通道D三部分組成，另一個閉合環路為B。線路1是閉合環路B與閉合環路ACD的公共部分。其中開環路A、開環路C和閉合環路B面積形狀都相同，而連接通道D的面積盡可能小。
2)在步驟1)的線路1邊上同時光刻出一個SQUID2與線路1耦合。SQUID2由電極3、4提供偏置電流。
具體制作過程如下首先，按圖2所示的圖形，制作成掩模板；其次，取一片鈦酸鍶或鋁酸鑭基片，利用粒子束刻蝕的方法在SQUID位置刻出一個臺階，并在此基片上用磁控濺射的方法濺射一層釔鋇銅氧薄膜；再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把釔鋇銅氧薄膜刻成如圖2所示的圖形，其中臺階要對準圖形中的SQUID環路；將SQUID的電極連接好，便制成了一個平面二階磁場梯度計。
當超導膜環路處于與膜面垂直的磁場中時，由超導環路的類磁通守恒定律，在環路中激發出與磁通大小Φ成正比的電流I。I＝Φ/L。其中，Φ是超導環路內的磁通，L是超導環路的電感。
由于閉合環路ACD是由開環路A、開環路C和連接通道D組成的，因此在環路ACD上的電流大小IAC＝(ΦA+ΦC+ΦD)/(LA+LC+LD)。由于連接通道D的面積遠遠小于環路A、C的面積，因此ΦD和LD可以忽略不計，從而得到IAC＝(ΦA+ΦC)/(LA+LC)。閉合環路B上的電流IB＝ΦB/LB。則線路1上的電流I1＝IAC-IB＝(ΦA+ΦC)/(LA+LC)-ΦB/LB。由于環路A、B、C面積形狀都相等，因此LA＝LB＝LC＝L，則I1＝(ΦA+ΦC)/2L-ΦB/L＝(ΦA-2ΦB+ΦC)/2L。線路1上的電流產生的磁場與SQUID2耦合，利用SQUID2檢測出線路1中的電流大小，從而組成平面二階磁場梯度計。
由上可知，只要SQUID可以與線路1耦合，本梯度計對SQUID的位置沒有更多要求。一般而言，SQUID多采用臺階結或雙晶結，成品率不是很高。利用本梯度計對位置的靈活性，可在一條晶界上或多個臺階上制作多個SQUID與線路1耦合，從而提高了成品率。
圖面說明圖1是文獻2的結構原理圖，
圖2是本發明的結構示意圖。
本發明通過采用雙閉合環路探測線圈，兩閉合環路公共部分的電流與ΦA-2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合得到二階磁場梯度計。本發明結構簡單，對SQUID的位置要求不嚴格，可由多個SQUID與線路耦合，提高了成品率。
實施例1按圖2制作一個平面二階磁場梯度計。
首先，按圖2所示的圖形，制作成掩模板。其次，取一片鈦酸鍶或鋁酸鑭基片，利用粒子束刻蝕的方法在SQUID位置刻出一個臺階；在此基片上用磁控濺射的方法濺射一層釔鋇銅氧薄膜。再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把釔鋇銅氧薄膜刻成如圖2所示的圖形，其中臺階要對準圖形中的SQUID環路。
將SQUID的電極連接好，便制成了一個平面二階磁場梯度計。
權利要求
1.一種新型結構的平面二階磁場梯度計，其特征在于將高溫超導膜光刻成2個的閉合環路；其中一個閉合環路由開環路A、開環路C和連接通道D三部分組成，另一個閉合環路為B；線路(1)是閉合環路B與閉合環路ACD的公共部分；其中開環路A、開環路C和閉合環路B面積形狀都相同，而連接通道D的面積盡可能小；在線路1邊上任意位置光刻出一個SQUID(2)與線路(1)耦合；SQUID(2)由電極(3)、(4)提供偏置電流。
2.按權利要求1所述的平面二階磁場梯度計，其特征在于還可以在線路1邊上任意位置光刻出多個SQUID。
全文摘要
本發明涉及超導量子干涉器件(SQUID)技術領域。本發明采用雙閉合環路探測線圈，使兩個閉合環路公共部分的電流與ΦA－2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合，得到二階磁場梯度計。本發明結構簡單；只要SQUID可以與線路1耦合，本發明對SQUID的位置要求不嚴格；可由多個SQUID與線路耦合以提高成品率。
文檔編號G01R33/022GK1403831SQ0113123
公開日2003年3月19日 申請日期2001年9月4日 優先權日2001年9月4日
發明者郎佩琳, 鄭東寧, 陳珂, 漆漢宏, 趙忠賢 申請人:中國科學院物理研究所