一種二階sbc超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二階SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)及制作方法，其特征在于是將二階多環(huán)結(jié)構(gòu)的SQUID梯度芯片與電感線圈集成在一起構(gòu)成可使用直讀電路的二階多環(huán)結(jié)構(gòu)超導(dǎo)自舉(Superconducting?Bootstrap?Circuit,SBC)SQUID梯度計(jì)，所構(gòu)筑的此類器件可以利用直讀電路來讀出器件輸出信號(hào)，而且由于器件是由寬度很窄的超導(dǎo)薄膜線條構(gòu)成，降低了地球環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)器件磁通陷入的影響，并且器件僅對(duì)二階梯度磁場(chǎng)有響應(yīng)，對(duì)磁場(chǎng)和一階梯度磁場(chǎng)不敏感，這些特點(diǎn)大大提高了其在無屏蔽環(huán)境磁場(chǎng)中的適應(yīng)能力和工作穩(wěn)定性，使其在微弱磁測(cè)量中具有極大的應(yīng)用潛力。
【專利說明】一種二階SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁探測(cè)傳感器及制作方法，更確切地說本發(fā)明涉及一種二階多環(huán)SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)及制作方法。屬于超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)是由超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)和超導(dǎo)環(huán)等結(jié)構(gòu)組成的超導(dǎo)電子器件，它相當(dāng)于一個(gè)磁通-電壓轉(zhuǎn)換器，能將所感應(yīng)磁場(chǎng)的微小變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，這種器件是目前為止磁場(chǎng)靈敏度最高的傳感器，其磁通靈敏度通常在IO-6OcZHzv2量級(jí)(Φ。=2.07 X I(T15Wb)，磁場(chǎng)的靈敏度在fT/Hz1/2量級(jí)(IfT= I X I(T15T)。由于SQUID器件具有極高的磁場(chǎng)靈敏度，而且SQUID器件的頻帶寬，器件體積小，因此它在生物磁探測(cè)、地球磁場(chǎng)探測(cè)、無損檢測(cè)等微弱磁信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力和價(jià)值。
[0003]在基于SQUID傳感器的地球磁場(chǎng)探測(cè)應(yīng)用中，經(jīng)過各國科研人員的研究，已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)展，將SQUID器件應(yīng)用于TEM、CSAMT、航空磁測(cè)量、磁異常測(cè)量等各方面的應(yīng)用中。例如，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研制了基于超導(dǎo)SQUID器件的磁測(cè)量組件，利用8個(gè)SQUID器件構(gòu)建的超導(dǎo)磁測(cè)量組件不僅能夠測(cè)量地球磁場(chǎng)，而且能夠測(cè)量磁場(chǎng)的梯度值，已經(jīng)取得了地面試驗(yàn)的初步測(cè)試結(jié)果。德國光學(xué)分子研究中心(IPHT)開發(fā)了基于SQUID的超導(dǎo)全張量磁力梯度測(cè)量組件，并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)在航空平臺(tái)上的航磁測(cè)量。這些研究為SQUID器件在地球磁場(chǎng)探測(cè)、礦產(chǎn)勘探方面的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有利于得到更準(zhǔn)確的地球磁場(chǎng)信息。
[0004]但是，將SQUID器件應(yīng)用于地球磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行弱磁信號(hào)測(cè)量時(shí)，因?yàn)镾QUID器件是工作于無磁屏蔽地球環(huán)境磁場(chǎng)中，因此，有如下幾個(gè)方面的關(guān)鍵問題需要解決。首先，地磁場(chǎng)幅度在幾十微特斯拉，這個(gè)數(shù)值比超導(dǎo)SQUID器件靈敏度(典型值IOfT)高8個(gè)量級(jí)左右，對(duì)于SQUID器件來說，地球磁場(chǎng)是很強(qiáng)的磁場(chǎng)。強(qiáng)磁場(chǎng)極易進(jìn)入超導(dǎo)芯片的超導(dǎo)薄膜部分形成陷入磁通，磁通的蠕動(dòng)或磁通跳躍使芯片的性能惡化，甚至無法正常工作。這是SQUID器件工作過程中的一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。其次，目前針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的SQUID器件，其讀出電路主要有磁通調(diào)制鎖定電路和直讀式鎖定電路兩種，目前應(yīng)用比較普遍的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)SQUID器件(即在超導(dǎo)環(huán)中插入兩個(gè)約瑟夫森結(jié)形成的結(jié)構(gòu))的磁通-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)不高，其讀出電路通常使用磁通調(diào)制鎖定電路來提高其數(shù)值；某些特殊結(jié)構(gòu)的SQUID器件(如Additional Positive Feedback器件，APF)具有較大的磁通-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù),可以使用直讀式讀出電路。由于典型的磁通調(diào)制電路比直讀式電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整參數(shù)數(shù)目多、頻帶窄等，因此在野外環(huán)境中使用測(cè)試設(shè)備時(shí)，直讀式電路比磁通調(diào)制電路更具有優(yōu)勢(shì)，而且使用更加方便，所以直讀式電路更受到用戶的歡迎。另外，SQUID器件在微弱磁場(chǎng)探測(cè)中一個(gè)令人感興趣的課題是對(duì)磁場(chǎng)梯度的測(cè)量，磁梯度測(cè)量可以更加精確反應(yīng)目標(biāo)體的磁場(chǎng)變化信息，能夠準(zhǔn)確定位磁場(chǎng)異常的位置。
[0005]針對(duì)上述關(guān)鍵問題，世界各地科研人員提出了多種解決方法，例如，針對(duì)SQUID器件的磁通陷入問題，可以通過減小SQUID器件中的超導(dǎo)薄膜的尺寸來減輕磁通陷入器件的幾率(Dantsker etc.1997, Appl.Phys.Lett.70, 2037-2039);直讀式電路對(duì)應(yīng)的 SQUID 器件有APF、SBC等種類，這些器件的原理都已經(jīng)得到了驗(yàn)證，對(duì)其研究和應(yīng)用仍在發(fā)展之中(Drung etc.1990, Appl.Phys.Lett.57, 406-408);對(duì)于梯度測(cè)量，人們發(fā)明了 SQUID 梯度計(jì)來實(shí)現(xiàn)梯度測(cè)量(Ketchen etc.1978, J.Appl.Phys.49, 4111-4116);這些方法和技術(shù)豐富了 SQUID在地球磁場(chǎng)探測(cè)應(yīng)用的內(nèi)容，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，但這些進(jìn)展都是針對(duì)其中單一問題。
[0006]針對(duì)上述磁場(chǎng)梯度測(cè)量的需要，本發(fā)明擬提出一種二階多環(huán)結(jié)構(gòu)SBC梯度計(jì)，通過綜合多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID、SBC器件和二階梯度結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提供一種既能降低器件磁通陷入風(fēng)險(xiǎn)，又能使用直讀式讀出電路的超導(dǎo)SQUID梯度芯片，以增加超導(dǎo)梯度計(jì)的工作穩(wěn)定性和方便性，為其在微弱磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度測(cè)量方面尤其在無屏蔽環(huán)境中的磁場(chǎng)梯度測(cè)量奠定堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種二階SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)及制作方法，本發(fā)明提供的一種二階多環(huán)結(jié)構(gòu)SBC超導(dǎo)量子干涉(SQUID)梯度芯片的結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)和所實(shí)現(xiàn)的功能描述如下:
[0008](I)所提供的器件總體結(jié)構(gòu)
[0009]二階多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID梯度芯片是基于SBC器件的原理，并綜合多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID和二階梯度線圈結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)成的一種SQUID梯度芯片。
[0010]SBC器件的基本原理如圖1所示，器件由兩個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成，其中SQUID和一個(gè)電感LI構(gòu)成一個(gè)支路；電感L2和電阻R串聯(lián)構(gòu)成器件的另一個(gè)支路，電感L2和SQUID器件之間存在磁通耦合，互感為M。基于上述原理的器件可以利用直讀式讀出電路配合來輸出SQUID 感應(yīng)的磁場(chǎng)信號(hào)(Xiaoming Xie etc.，Supercond.Sc1.Technol.23 (2010) 065016)。
[0011]然而在SBC器件中，SQUID可以使用不同結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的發(fā)明人試圖使用多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID來實(shí)現(xiàn)SBC器件中的SQUID部分，典型SQUID器件(如磁通變換器型結(jié)構(gòu)SQUID)中的超導(dǎo)環(huán)是利用超導(dǎo)薄膜制備而成的單個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，而在多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID中，采用多個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)環(huán)來代替上述單個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是多環(huán)結(jié)構(gòu)器件中超導(dǎo)薄膜形狀是一系列窄條結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以很有效減小磁通陷入SQUID器件的幾率，因此SQUID器件的參數(shù)保持了穩(wěn)定，進(jìn)而增加了器件的工作穩(wěn)定性。
[0012]在本發(fā)明所述的多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID中，所述的多環(huán)結(jié)構(gòu)是采用二階梯度線圈的結(jié)構(gòu)，即將多環(huán)結(jié)構(gòu)中相鄰超導(dǎo)環(huán)的繞行方式設(shè)計(jì)為相反的方式，這種設(shè)計(jì)對(duì)于磁場(chǎng)和一階梯度磁場(chǎng)不敏感，而二階梯度磁場(chǎng)將在SQUID器件中產(chǎn)生輸出，所以這種設(shè)計(jì)決定了二階梯度SQUID芯片構(gòu)型。
[0013]SBC器件中的電感和電阻部件設(shè)計(jì)為與SQUID部分在同一個(gè)芯片上，構(gòu)成了集成SBC器件，以方便器件的應(yīng)用。
[0014]綜合SBC器件原理、多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID、二階梯度線圈結(jié)構(gòu)、平面電感和電阻等部件而設(shè)計(jì)的二階梯度SBC器件既能降低器件磁通陷入風(fēng)險(xiǎn)，又能使用直讀式讀出電路的超導(dǎo)SQUID梯度芯片，增加了超導(dǎo)梯度計(jì)的工作穩(wěn)定性和方便性，因此在微弱磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度測(cè)量應(yīng)用方面具有極大的應(yīng)用潛力。[0015](2)多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID的二階梯度設(shè)計(jì)
[0016]多環(huán)結(jié)構(gòu)二階梯度SBC SQUID器件的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)SQUID在器件超導(dǎo)環(huán)的結(jié)構(gòu)上具有顯著的不同。傳統(tǒng)SQUID器件的電感數(shù)值通常在幾十至幾百皮亨之間，其超導(dǎo)環(huán)的數(shù)目是I個(gè)，為了提高器件的磁場(chǎng)靈敏度，傳統(tǒng)SQUID采用磁通變換器結(jié)構(gòu)以增加SQUID器件對(duì)磁場(chǎng)的感應(yīng)面積，但是在磁通變換器結(jié)構(gòu)的SQUID器件中，超導(dǎo)環(huán)的內(nèi)邊長約幾十微米，超導(dǎo)環(huán)的外邊長約幾百微米左右，超導(dǎo)環(huán)寬度在百微米量級(jí)，這增加了 SQUID器件中超導(dǎo)薄膜的面積，進(jìn)而增加了磁通陷入SQUID器件的幾率，磁通蠕動(dòng)效應(yīng)不僅損害SQUID的工作穩(wěn)定性，而且增加了 SQUID低頻噪聲性能；
[0017]本發(fā)明設(shè)計(jì)的多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID的超導(dǎo)環(huán)由多個(gè)超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)而構(gòu)成，由于并聯(lián)超導(dǎo)環(huán)的電感數(shù)值是單個(gè)環(huán)電感數(shù)值除以并聯(lián)超導(dǎo)環(huán)的數(shù)目，所以并聯(lián)多環(huán)結(jié)構(gòu)可以使用電感或/和感應(yīng)面積都較大的超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)以滿足SQUID器件的電感設(shè)計(jì)條件，而且多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID中超導(dǎo)薄膜是窄條形狀，超導(dǎo)環(huán)的寬度在10微米量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于磁通變換器結(jié)構(gòu)SQUID器件的超導(dǎo)環(huán)寬度，因此降低了磁通陷入和蠕動(dòng)效應(yīng)對(duì)SQUID器件的影響。
[0018]為敘述方便擬將多環(huán)結(jié)構(gòu)二階梯度SBC SQUID器件中設(shè)計(jì)為4個(gè)超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)進(jìn)行描述，所述的超導(dǎo)環(huán)的繞行方式不同，相鄰超導(dǎo)環(huán)的繞行方式相反(如圖3)，左上角與右下角的超導(dǎo)環(huán)的繞行方向一致，左上角與右下角的超導(dǎo)繞行方向一致，而相鄰超導(dǎo)環(huán)之間的繞行方向相反。根據(jù)這種繞行方式，可以推導(dǎo)出如下結(jié)論:當(dāng)均勻磁場(chǎng)通過這4個(gè)超導(dǎo)環(huán)時(shí)，磁場(chǎng)在兩個(gè)不相鄰的超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生的磁通數(shù)值與其余兩個(gè)不相鄰的超導(dǎo)環(huán)產(chǎn)生的磁通的數(shù)值相同，但方向相反，因此總磁通為0，SQUID器件不產(chǎn)生響應(yīng)；同樣，當(dāng)一階梯度磁場(chǎng)通過這4個(gè)超導(dǎo)環(huán)時(shí)，在超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生的總磁通也為0，器件也不產(chǎn)生響應(yīng)；使用同樣的分析方法，當(dāng)二階梯度磁場(chǎng)通過這4個(gè)超導(dǎo)環(huán)時(shí)，在器件中產(chǎn)生了磁通，器件產(chǎn)生響應(yīng)。因此，這種結(jié)構(gòu)是一種二階梯度SQUID器件。當(dāng)器件中超導(dǎo)環(huán)的數(shù)目是4的倍數(shù)時(shí)，也可以構(gòu)成二階梯度計(jì)，具體數(shù)目按照實(shí)際應(yīng)用的要求設(shè)定。
[0019]將一階梯度線圈的兩端分別連接于二階梯度SQUID器件的輸入線圈的兩端電極A+和A-時(shí)，可以將外加一階梯度線圈感應(yīng)的磁場(chǎng)梯度耦合到SQUID器件中，通過SQUID器件可以測(cè)量外接一階梯度線圈感應(yīng)的梯度磁場(chǎng)數(shù)值。在這個(gè)過程中，二階梯度SQUID器件輸出給出的僅僅是外接一階梯度線圈的感應(yīng)數(shù)值，進(jìn)而提高了一階梯度磁場(chǎng)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0020](3)器件的集成設(shè)計(jì)
[0021]由此可見，二階梯度SBC SQUID是以SBC器件的原理為基礎(chǔ)的(如圖1所示)，它由兩個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成，包括SQUID、電感、電阻等部件，SQUID由微加工工藝制備而成，電感可以由平面線圈制成，電阻可以由平面金屬薄膜制作而成，因此，可以將這些部件集成在一起，構(gòu)成集成二階SBC SQUID，其優(yōu)勢(shì)在于器件參數(shù)的重復(fù)性好，使用方便。
[0022]如圖2所示，SBC SQUID梯度計(jì)的支路2中的電感是由位于器件右上角超導(dǎo)環(huán)中多匝線圈構(gòu)成，電極B2和B3是電感的兩端電極；電阻R由外加電阻構(gòu)成，電阻數(shù)值在器件調(diào)試參數(shù)時(shí)確定；B1和B2兩電極是SBC SQUID的兩端電極。另外，由圖2中看出，為使SQUID器件穩(wěn)定工作的輔助部件調(diào)制和反饋線圈(由M+、M-兩端之間的線圈確定，將讀出電路的反饋通過這個(gè)線圈耦合到器件中以穩(wěn)定器件的工作點(diǎn))、加熱電阻(由H+、H-兩端之間的金屬薄膜確定，它起到在低溫環(huán)境下對(duì)器件加熱以排除器件中的磁通的作用。)也集成到SBCSQUID梯度計(jì)的設(shè)計(jì)之中。
[0023]綜上所述，本發(fā)明的特征在于將多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID與SBC原理相結(jié)合，并利用相鄰多環(huán)結(jié)構(gòu)的繞向相反的特點(diǎn)，構(gòu)成一種可使用直讀電路的二階SBC SQUID梯度計(jì)。由于二階SBC SQUID梯度計(jì)與電感電阻等部件均可利用平面微加工工藝制備，并且各部件之間的相互關(guān)系可以在平面內(nèi)通過部件的不同位置布局實(shí)現(xiàn)，部件的數(shù)值能夠通過不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，因此可實(shí)現(xiàn)二階SBC SQUID梯度計(jì)的集成(詳見實(shí)施例)。
[0024]由此可見，本發(fā)明所述的二階SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)器件結(jié)構(gòu)是將二階多環(huán)結(jié)構(gòu)的SQUID梯度芯片與電感線圈集成在一起構(gòu)成可使用直讀電路的二階多環(huán)結(jié)構(gòu)超導(dǎo)自舉(Superconducting Bootstrap Circuit, SBC) SQUID梯度計(jì),其特征在于所構(gòu)筑的此類器件可以利用直讀電路來讀出器件輸出信號(hào)，而且由于器件是由寬度很窄的超導(dǎo)薄膜線條構(gòu)成，降低了地球環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)器件磁通陷入的影響，并且器件僅對(duì)二階梯度磁場(chǎng)有響應(yīng)，對(duì)磁場(chǎng)和一階梯度磁場(chǎng)不敏感，這些特點(diǎn)大大提高了其在無屏蔽環(huán)境磁場(chǎng)中的適應(yīng)能力和工作穩(wěn)定性，使其在微弱磁測(cè)量中具有極大的應(yīng)用潛力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1SBC器件基本原理。
[0026]圖2本發(fā)明設(shè)計(jì)的二階SBC SQUID梯度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為圖2結(jié)構(gòu)中多個(gè)超導(dǎo)環(huán)的繞行方式。
[0028]圖4 二階SBC SQUID梯度計(jì)制備步驟:
[0029](I)在襯底二氧化硅SiO2上構(gòu)成SQUID器件的超導(dǎo)環(huán)；(2)構(gòu)成SQUID器件的約瑟夫森結(jié)；(3)在器件表面沉積二氧化硅SiO2薄膜；(4)超導(dǎo)環(huán)路封閉；(5)沉積金屬鈀Pd薄膜構(gòu)成器件中的各電阻部件。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過本發(fā)明所述的二階四環(huán)的SBC超導(dǎo)量子干涉梯度器的制造方法，以進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，但本發(fā)明決非不僅局限于實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例1
[0032]典型SQUID制備工藝中包含對(duì)平面電感和電阻的制備，因此二階SBC SQUID梯度計(jì)的制備方法與目前SQUID制備工藝并無差異，除了多環(huán)二階梯度SBC SQUID器件結(jié)構(gòu)與SQUID器件不同之外。
[0033]首先，根據(jù)二階梯度SBC SQUID器件的靈敏度等設(shè)計(jì)要求，完成器件具體參數(shù)設(shè)計(jì)，如二階SBC SQUID梯度計(jì)中的超導(dǎo)環(huán)的尺寸、器件臨界電流、器件各超導(dǎo)環(huán)電感、電阻等參數(shù)，之后根據(jù)制備工藝的要求，完成器件的光刻版圖。
[0034]具體制備過程如下:
[0035](a)在襯底二氧化硅SiO2上沉積鈮(Nb) /氧化鋁(AlOx) /鈮(Nb)三層薄膜材料，并進(jìn)行光刻和刻蝕，其圖形結(jié)構(gòu)如圖4(1)所示，構(gòu)成器件的超導(dǎo)環(huán)等結(jié)構(gòu)；
[0036](b)在步驟(a)中剩余的薄膜表面光刻和刻蝕約瑟夫森結(jié)(圖4(2));
[0037](c)沉積二氧化硅SiO2薄膜，并在SiO2薄膜上光刻和刻蝕圖4 (3)所示的圖形，構(gòu)成器件的絕緣層結(jié)構(gòu)；[0038](d)在步驟(C)的基礎(chǔ)上，在器件表面沉積鈮薄膜，光刻和刻蝕如圖4 (4)所示的圖形，使得器件中各個(gè)超導(dǎo)環(huán)路封閉；
[0039](e)在器件中沉積金屬鈀薄膜材料，其在低溫環(huán)境下不超導(dǎo)，構(gòu)成SBC SQUID器件中的所有電阻部件(包括器件旁路電阻和輔助的加熱電阻)和器件的電極部件(圖4(5))。
[0040]經(jīng)過上述制備步驟，二階SBC SQUID梯度計(jì)制備完成，然后對(duì)器件進(jìn)行封裝和測(cè)試研究。
【權(quán)利要求】
1.一種二階SBC超導(dǎo)量子干涉梯度計(jì)，其特征在于將二階多環(huán)結(jié)構(gòu)SQUID梯度芯片與電感線圈集成一起構(gòu)成使用直讀電路的二階多環(huán)結(jié)構(gòu)超導(dǎo)自舉SQUID梯度計(jì)。
2.按權(quán)利要求1所述的梯度計(jì)，其特征在于: ①所述的多環(huán)結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)環(huán)是由多個(gè)超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)構(gòu)成；并聯(lián)的多環(huán)結(jié)構(gòu)使用電感或感應(yīng)面積大的超導(dǎo)環(huán)，超導(dǎo)薄膜是窄條形狀，超導(dǎo)環(huán)的寬度為10微米量級(jí)； ②所述的二階多環(huán)結(jié)構(gòu)是相鄰超導(dǎo)環(huán)的繞行方向設(shè)計(jì)為相反的方向。
3.按權(quán)利要求2所述的梯度計(jì)，其特征在于所述的二階梯度的SBCSQUID器件中設(shè)計(jì)為4個(gè)超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)，其中左上角和右下角的超導(dǎo)環(huán)的繞行方向一致，左下角和右上角的超導(dǎo)環(huán)的繞行方向一致，而相鄰超導(dǎo)環(huán)之間的繞行方向相反。
4.按權(quán)利要求2或3所述的梯度計(jì)，其特征在于當(dāng)均勻磁場(chǎng)通過4個(gè)超導(dǎo)環(huán)時(shí)，磁場(chǎng)在兩個(gè)不相鄰的超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生的磁通數(shù)值與其余兩個(gè)不相鄰的超導(dǎo)環(huán)產(chǎn)生的磁通值相同，但方向相反。
5.按權(quán)利要求4所述的梯度計(jì)，其特征在于當(dāng)梯度計(jì)中超導(dǎo)環(huán)數(shù)目是4的倍數(shù)時(shí)，構(gòu)成二階梯度計(jì)，具體數(shù)目按實(shí)際使用要求設(shè)定。
6.按權(quán)利要求1所述的梯度計(jì)，其特征在于SBCSQUID梯度計(jì)的支路中的電感是由位于器件右上角超導(dǎo)環(huán)中多匝線圈構(gòu)成，電極B2和B3是電感的兩端電極；電阻R由外加電阻構(gòu)成，電阻數(shù)值在器件調(diào)試參數(shù)時(shí)確定和B2兩電極是SBC SQUID的兩端電極。
7.按權(quán)利要求1所述的梯度計(jì)，其特征在于為使SQUID器件穩(wěn)定工作的輔助部件調(diào)制和反饋線圈是由M+、M-兩端之間的線圈確定，將讀出電路的反饋通過這個(gè)線圈耦合到器件中以穩(wěn)定器件的工作點(diǎn)、加熱電阻是由H+、H-兩端之間的金屬薄膜確定，它起到在低溫環(huán)境下對(duì)器件加熱以排除器件中的磁通的作用；也集成到SBC SQUID梯度計(jì)的設(shè)計(jì)之中。
8.制作如權(quán)利要求1所述的梯度計(jì)的方法，其特征在于: 首先，根據(jù)二階梯度SBC SQUID器件的靈敏度的設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)二階SBC SQUID梯度計(jì)中的超導(dǎo)環(huán)的尺寸、器件臨界電流、器件各超導(dǎo)環(huán)電感、電阻等參數(shù)，之后根據(jù)制備工藝的要求，完成器件的光刻版圖； 具體制備過程為: (a)在襯底二氧化硅SiO2上沉積Nb/AlOx/Nb三層薄膜材料，并進(jìn)行光刻和刻蝕，構(gòu)成器件的超導(dǎo)環(huán)結(jié)構(gòu)； (b)在步驟(a)中剩余的薄膜表面光刻和刻蝕約瑟夫森結(jié)； (c)沉積二氧化硅SiO2薄膜，并在SiO2薄膜上光刻和刻蝕，構(gòu)成器件的絕緣層結(jié)構(gòu)； (d)在步驟(C)的基礎(chǔ)上，在器件表面沉積鈮薄膜并光刻和刻蝕所需圖形，使得器件中各個(gè)超導(dǎo)環(huán)路封閉； (e)在器件中沉積金屬鈀薄膜材料，其在低溫環(huán)境下不超導(dǎo)，構(gòu)成SBCSQUID器件中的所有電阻部件，包括器件旁路電阻和輔助的加熱電阻和器件的電極部件； 經(jīng)過(a)-(e)的制備步驟，二階SBC SQUID梯度計(jì)的制備完成，然后對(duì)器件進(jìn)行封裝和測(cè)試研究。
【文檔編號(hào)】G01R33/035GK103954918SQ201410199606
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王會(huì)武, 劉全勝, 王鎮(zhèn), 謝曉明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所