專利名稱：一種新型結(jié)構(gòu)的平面二階磁場梯度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)技術(shù)領(lǐng)域。
超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)是非常靈敏的磁場探測器件。在許多應(yīng)用中，為減少環(huán)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(jì)。對高溫超導(dǎo)而言，由于沒有超導(dǎo)線，不能用傳統(tǒng)的梯度線圈的方式來構(gòu)成梯度計(jì)。目前對于高溫超導(dǎo)體，SQUID梯度計(jì)以兩種形式來實(shí)現(xiàn)第一種稱之為電子學(xué)梯度計(jì)；第二種叫平面梯度計(jì)。電子學(xué)梯度計(jì)是由兩個(gè)及兩個(gè)以上的SQUID磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)成，通過電子學(xué)的方法將SQUID磁強(qiáng)計(jì)的輸出信號(hào)相減得到梯度計(jì)。它具有基線長度可任意長，平衡度可外部調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是制作結(jié)構(gòu)和電子學(xué)線路復(fù)雜，并且如果單個(gè)的SQUID在外界磁場干擾下不能工作，則梯度計(jì)也就不能工作了。平面梯度計(jì)是將SQUID和梯度探測線圈做在一個(gè)基片上而形成梯度計(jì)。雖有基線長度受基片尺寸的限制和器件制作相對復(fù)雜的缺點(diǎn)，但使用簡單，抗干擾強(qiáng)。
目前的高溫超導(dǎo)體一階SQUID梯度計(jì)采用電子學(xué)梯度計(jì)和平面梯度計(jì)兩種形式都有(文獻(xiàn)1，D.Koelle，R.Kleiner，F(xiàn).Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999))，而高溫超導(dǎo)二階SQUID梯度計(jì)多為電子學(xué)形式的，有些是由兩個(gè)平面一階梯度計(jì)構(gòu)成的。
以往有關(guān)高溫超導(dǎo)平面二階磁場梯度計(jì)的唯一一篇文獻(xiàn)(文獻(xiàn)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(gè)面積相等的閉合環(huán)路(以A、B和C表示)(見

圖1)。其中環(huán)路A與環(huán)路B組成一階梯度探測線圈，提供與ΦA(chǔ)-ΦB成正比的電流，同時(shí)環(huán)路B與環(huán)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(chǔ)-2ΦB+ΦC成正比的耦合電流，從而得到二階磁場梯度計(jì)。但這種二階平面式梯度計(jì)中的SQUID的位置必須在線圈邊緣的中點(diǎn)處，且只能有一個(gè)SQUID與探測線圈耦合。對高溫超導(dǎo)薄膜而言，薄膜邊緣的質(zhì)量一般不如中間的好，因此在邊緣做SQUID的成品率不高。
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)已有技術(shù)的缺點(diǎn)，采用雙閉合環(huán)路探測線圈，使兩個(gè)閉合環(huán)路的公共部分中的電流與ΦA(chǔ)-2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合，從而得到二階磁場梯度計(jì)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，且對SQUID的位置要求不嚴(yán)格，可由多個(gè)SQUID與線路耦合以提高成品率。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(見圖2)1)將高溫超導(dǎo)膜光刻成2個(gè)的閉合環(huán)路。其中一個(gè)閉合環(huán)路由開環(huán)路A、開環(huán)路C和連接通道D三部分組成，另一個(gè)閉合環(huán)路為B。線路1是閉合環(huán)路B與閉合環(huán)路ACD的公共部分。其中開環(huán)路A、開環(huán)路C和閉合環(huán)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(shí)光刻出一個(gè)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(gè)臺(tái)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(tái)階要對準(zhǔn)圖形中的SQUID環(huán)路；將SQUID的電極連接好，便制成了一個(gè)平面二階磁場梯度計(jì)。
當(dāng)超導(dǎo)膜環(huán)路處于與膜面垂直的磁場中時(shí)，由超導(dǎo)環(huán)路的類磁通守恒定律，在環(huán)路中激發(fā)出與磁通大小Φ成正比的電流I。I＝Φ/L。其中，Φ是超導(dǎo)環(huán)路內(nèi)的磁通，L是超導(dǎo)環(huán)路的電感。
由于閉合環(huán)路ACD是由開環(huán)路A、開環(huán)路C和連接通道D組成的，因此在環(huán)路ACD上的電流大小IAC＝(ΦA(chǔ)+ΦC+ΦD)/(LA+LC+LD)。由于連接通道D的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于環(huán)路A、C的面積，因此ΦD和LD可以忽略不計(jì)，從而得到IAC＝(ΦA(chǔ)+ΦC)/(LA+LC)。閉合環(huán)路B上的電流IB＝ΦB/LB。則線路1上的電流I1＝IAC-IB＝(ΦA(chǔ)+ΦC)/(LA+LC)-ΦB/LB。由于環(huán)路A、B、C面積形狀都相等，因此LA＝LB＝LC＝L，則I1＝(ΦA(chǔ)+ΦC)/2L-ΦB/L＝(ΦA(chǔ)-2ΦB+ΦC)/2L。線路1上的電流產(chǎn)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(jì)。
由上可知，只要SQUID可以與線路1耦合，本梯度計(jì)對SQUID的位置沒有更多要求。一般而言，SQUID多采用臺(tái)階結(jié)或雙晶結(jié)，成品率不是很高。利用本梯度計(jì)對位置的靈活性，可在一條晶界上或多個(gè)臺(tái)階上制作多個(gè)SQUID與線路1耦合，從而提高了成品率。
圖面說明圖1是文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)原理圖，
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明通過采用雙閉合環(huán)路探測線圈，兩閉合環(huán)路公共部分的電流與ΦA(chǔ)-2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合得到二階磁場梯度計(jì)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對SQUID的位置要求不嚴(yán)格，可由多個(gè)SQUID與線路耦合，提高了成品率。
實(shí)施例1按圖2制作一個(gè)平面二階磁場梯度計(jì)。
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(gè)臺(tái)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(tái)階要對準(zhǔn)圖形中的SQUID環(huán)路。
將SQUID的電極連接好，便制成了一個(gè)平面二階磁場梯度計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種新型結(jié)構(gòu)的平面二階磁場梯度計(jì)，其特征在于將高溫超導(dǎo)膜光刻成2個(gè)的閉合環(huán)路；其中一個(gè)閉合環(huán)路由開環(huán)路A、開環(huán)路C和連接通道D三部分組成，另一個(gè)閉合環(huán)路為B；線路(1)是閉合環(huán)路B與閉合環(huán)路ACD的公共部分；其中開環(huán)路A、開環(huán)路C和閉合環(huán)路B面積形狀都相同，而連接通道D的面積盡可能??；在線路1邊上任意位置光刻出一個(gè)SQUID(2)與線路(1)耦合；SQUID(2)由電極(3)、(4)提供偏置電流。
2.按權(quán)利要求1所述的平面二階磁場梯度計(jì)，其特征在于還可以在線路1邊上任意位置光刻出多個(gè)SQUID。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用雙閉合環(huán)路探測線圈，使兩個(gè)閉合環(huán)路公共部分的電流與ΦA(chǔ)－2ΦB+ΦC成正比，與SQUID耦合，得到二階磁場梯度計(jì)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單；只要SQUID可以與線路1耦合，本發(fā)明對SQUID的位置要求不嚴(yán)格；可由多個(gè)SQUID與線路耦合以提高成品率。
文檔編號(hào)G01R33/022GK1403831SQ0113123
公開日2003年3月19日 申請日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者郎佩琳, 鄭東寧, 陳珂, 漆漢宏, 趙忠賢 申請人:中國科學(xué)院物理研究所