(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された超電導層を有し、前記超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）が形成されている高温超電導磁気センサにおいて、
前記超電導層に形成され、前記ＳＱＵＩＤ毎に接続又は磁気結合する複数の入力コイルと、
前記超電導層に形成され、複数の前記入力コイルと閉ループを形成するように接続された検出コイルと、
前記超電導層に形成され、前記入力コイル毎の両端を短絡しているが切断可能な複数のトリミング配線とを有することを特徴とする高温超電導磁気センサ。
【請求項２】
基板上に形成された超電導層を有し、前記超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）が形成されている高温超電導磁気センサにおいて、
前記超電導層に形成され、前記ＳＱＵＩＤ毎に接続又は磁気結合する複数の入力コイルと、
前記超電導層に形成され、複数の前記入力コイルと閉ループを形成するように接続された検出コイルと、
前記超電導層に形成され、複数の前記入力コイルの中の一部の前記入力コイルの両端を短絡しているが切断可能なトリミング配線とを有することを特徴とする高温超電導磁気センサ。
【請求項３】
前記ＳＱＵＩＤ毎に設計された構造が異なっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項４】
前記入力コイル毎に設計された構造が異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項５】
前記トリミング配線のインダクタンスが、前記入力コイルのインダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項６】
前記超電導層は、前記基板上に形成された第１超電導層と、前記第１超電導層の上方に絶縁層を介して形成された第２超電導層とを有し、
前記ＳＱＵＩＤのインダクタと前記入力コイルとは、前記第１超電導層と前記第２超電導層の相異なる層に形成され、前記絶縁層を隔て対向し、
前記入力コイルは、マルチターン構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項７】
複数の前記入力コイルの中の一部の前記入力コイルが、前記ＳＱＵＩＤのインダクタを兼ねていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項８】
前記検出コイルは、
複数の前記入力コイルと第１閉ループを形成する第１検出コイルと、
複数の前記入力コイルを中にして前記第１検出コイルと対向するように配置され、複数の前記入力コイルと第２閉ループを形成する第２検出コイルとを有するグラジオメータ構造であり、
複数の前記トリミング配線は、
前記入力コイルそれぞれに対して前記第１検出コイル側に配置され、前記入力コイルそれぞれの両端を短絡する第１トリミング配線と、
前記入力コイルそれぞれに対して前記第２検出コイル側に配置され、前記入力コイルそれぞれの両端を短絡する第２トリミング配線とを有することを特徴とする請求項１に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項９】
前記検出コイルは、
複数の前記入力コイルと第１閉ループを形成する第１検出コイルと、
複数の前記入力コイル中にして前記第１検出コイルと対向するように配置され、複数の前記入力コイルと第２閉ループを形成する第２検出コイルとを有するグラジオメータ構造であり、
複数の前記トリミング配線は、
複数の前記入力コイルの中の一部の前記入力コイルに対して前記第１検出コイル側に配置され、前記一部の入力コイルの両端を短絡する第１トリミング配線と、
前記一部の入力コイルに対して前記第２検出コイル側に配置され、前記一部の入力コイルの両端を短絡する第２トリミング配線とを有することを特徴とする請求項２に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項１０】
前記入力コイルは、
複数の前記ＳＱＵＩＤの中の一部の前記ＳＱＵＩＤに磁気結合する第１入力コイルと、
前記第１入力コイルに直列に接続され、複数の前記ＳＱＵＩＤの中の他の一部の前記ＳＱＵＩＤのインダクタを兼ねている第２入力コイルとを有し、
前記検出コイルは、前記第１入力コイルと前記第２入力コイルと共に閉ループを形成するように接続され、
前記トリミング配線は、前記第１入力コイルと前記第２入力コイルの直列接続の両端を短絡していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項１１】
前記超電導層に形成された薄膜状のリングを有し、
前記リングは、前記検出コイルと複数の前記トリミング配線とが直列に接続されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項１２】
前記トリミング配線は、前記リングの外周側に配置され、
前記入力コイルは、前記リングの内側に配置され、
前記リングの、前記入力コイルと前記トリミング配線の間には、スリットが形成され、
前記トリミング配線に相当する前記リングの幅は、前記検出コイルに相当する前記リングの幅より狭くなっていることを特徴とする請求項１１に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項１３】
複数の前記トリミング配線の中の一部の前記トリミング配線に相当する前記リングにおいて、前記超電導層が削られ、前記リングが開かれていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の高温超電導磁気センサ。
【請求項１４】
基板上に形成された超電導層を有し、前記超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）が形成されている高温超電導磁気センサの製造方法において、
前記ＳＱＵＩＤ毎に接続又は磁気結合する複数の入力コイルと、複数の前記入力コイルと閉ループを形成するように接続された検出コイルと、前記入力コイル毎の両端を短絡している複数のトリミング配線とを、前記超電導層に形成し、
複数の前記ＳＱＵＩＤの電気的、磁気的特性の測定結果に基づいて、複数の前記ＳＱＵＩＤの中から前記高温超電導磁気センサの用途に適した前記ＳＱＵＩＤを選択し、
選択された前記ＳＱＵＩＤに接続又は磁気結合する前記入力コイルの両端を短絡している前記トリミング配線を切断することを特徴とする高温超電導磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device）が形成されている高温超電導磁気センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＱＵＩＤは最も高感度に磁気信号を検出できる磁気センサとして知られており、脳や心臓などから自発的に発生する微弱な生体磁気信号の計測や、残留磁気や過電流探傷法による非破壊検査、さらに、最近では超低磁場ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）などに使用されている。しかし、冷却に高価で取り扱いが難しい液体ヘリウムが必要な低温超電導体のＳＱＵＩＤでは、ＳＱＵＩＤの応用範囲は限られていた。液体窒素温度で超電導特性を示す高温超電導体の発見以降、液体窒素温度で動作する高温超電導体のＳＱＵＩＤの開発が精力的に進められ、現在、１００ｆＴ／Ｈｚ以下の検出感度を有する高温超伝導磁気センサを購入可能になっており、研究開発の最先端では１０ｆＴ／Ｈｚ以下の検出感度を有する高温超伝導磁気センサも報告されている。高温超電導体のＳＱＵＩＤは低コストで取り扱いが容易な液体窒素を用いた冷却が可能なため、様々な構造が提案されている（非特許文献１〜６参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Chapter 1 Introduction ,"The SQUID Handbook: Fundamentals and Technology of SQUIDs and SQUID Systems, Volume I"、Edited  by  John Clarke, Alex I. Braginski 、ISBN: 978-3-527-40229-8
【非特許文献２】J. M. Jaycox and M. B. Ketchen, IEEE Trans Magn. MAG-17, 400-403 (1981)
【非特許文献３】A.Tsukamoto, IEEE Trans. Appl. Supercond. Vol.15 No.2 (2005) 173-176
【非特許文献４】H. Wakana, S. Adachi, K. Hata, T. Hato, Y. Tarutani, K. Tanabe, IEEE Trans. Appl. Supercond. Vol.19 No.3 (2009) 782-785
【非特許文献５】S. Adachi, K. Hata, T. Hato, Y. Tarutani, K. Tanabe, Physica C, vol. 468, No.15-20, pp.1936-1941,(2008)
【非特許文献６】E. Dantsker, S. Tanaka, J. Clarke, Appl. Phys. Lett. Vol.70 No.15 (1997) 2037-2039
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１では、（ＤＣ−）ＳＱＵＩＤの基本構造が提案されている。ＳＱＵＩＤは、ＳＱＵＩＤインダクタと２つのジョセフソン接合からなる閉ループ構造を有している。ＳＱＵＩＤの電極間に臨界電流Ｉｃよりも若干大きなバイアス電流Ｉｂを流し、２つのジョセフソン接合に電圧Ｖを発生させると、閉ループ構造に鎖交する磁束Φにより端子間に発生する電圧Ｖが磁束量子Φ0（2.07x10-15Wb）を周期として周期的に変化する。フラックス・ロックド・ループ回路（FLL回路）を用いたフィードバック制御により、磁束量子Φ0の1/105〜1/106というわずかな磁束の変化を測定可能である。
【０００５】
ＳＱＵＩＤは通常数十から数百μｍのサイズしかないため、高感度な磁気センサとして使用する場合、より大きなサイズの検出コイルを使用する。検出コイルは、入力コイルとで磁束トランス（閉ループ構造）を構成し、入力コイルをＳＱＵＩＤに磁気結合させて使用する。ＳＱＵＩＤインダクタのインダクタンスをＬｓ、検出コイルの面積をＡp、検出コイルのインダクタンスをＬp、入力コイルのインダクタンスをＬi、ＳＱＵＩＤと入力コイル間の相互インダクタンスをＭとし、入力コイルと検出コイル間の配線部分のインダクタンスの影響は無視すると、外部磁場Ｂが検出コイルに印加されたときにＳＱＵＩＤにより検出される磁束Φｓは、式（１）となる。
Φｓ＝Ip・M
＝BAp・M／（Lp＋Li）
＝BAp・ｋ（Li・Ls）1/2／（Lp＋Li）        （１）
【０００６】
ここで、Ｉpは磁束トランスに流れる遮蔽電流であり、相互インダクタンスＭは式M＝ｋ（Li・Ls）1/2の関係を有し、ｋは結合係数（0<k<1）である。外部磁場ＢとＳＱＵＩＤにより検出される磁束Φｓの比は有効面積Ａeffと呼ばれ、式（２）の関係を有する。
Aeff＝Φｓ／B
＝Ap・M／（Lp＋Li）
＝Ap・ｋ（Li・Ls）1/2／（Lp＋Li）        （２）
【０００７】
式（２）は、有効面積Ａeffが大きいほどＳＱＵＩＤ磁気センサの検出感度（ＳＱＵＩＤにより検出される磁束Φｓ）が高いことを示している。ＳＱＵＩＤのインダクタンスＬｓは、大きすぎるとＳＱＵＩＤの変調電圧振幅ΔＶが小さくなり磁束雑音が増加するため、通常４０−１００ｐＨ程度である。また、検出コイルも用途に応じてサイズや形状が決まるため、検出コイルの面積ＡpとインダクタンスＬpも別途決まる値となる。したがって、式（２）で有効面積Ａeffを最大にするための調整可能なパラメータは結合係数ｋと入力コイルのインダクタンスＬiになる。結合係数ｋは入力コイルとＳＱＵＩＤの磁気結合が完全な場合に最大値の１となり、このときに有効面積Ａeffも最大になる。一方、入力コイルのインダクタンスＬiは、式（２）より、検出コイルのインダクタンスＬpに等しい（Li=Lp）時に、有効面積Ａeffが最大になる（Aeff＝Ap（Ls／Li）1/2／2））。
【０００８】
非特許文献２では、理想的な構造である集積型ＳＱＵＩＤが提案されている。集積型ＳＱＵＩＤでは、マルチターン構造の入力コイルがワッシャー型のＳＱＵＩＤインダクタ上に薄い絶縁体層を介して積層された構造となっており、結合係数ｋは１に近い値が得られる。また、検出コイルのインダクタンスＬpと入力コイルのインダクタンスＬiが等しくなるように（Li=Lp）、入力コイルのマルチターン構造の巻き数は最適化されている。ただし、非特許文献２は、超電導体にニオブ（Nb）を使用した低温超電導ＳＱＵＩＤ（ＬＴＳ−ＳＱＵＩＤ）の場合であり、高温超電導体による集積型ＳＱＵＩＤは、その製造歩留まりは低い。これは、多元系複合酸化物構造の高温超電導体では組成ずれや偏析により析出物が発生しやすく、上下２層の高温超電導体層の間の層間絶縁層で絶縁不良が起きたり、多層プロセスの過程で薄膜特性や接合の劣化が起きたりするためである。
【０００９】
非特許文献３では、直接結合（直結）型ＳＱＵＩＤが提案されている。直接結合型ＳＱＵＩＤは、１層の超電導体薄膜でＳＱＵＩＤを作製することができる。ジョセフソン接合には、バイクリスタル接合やステップエッジ接合などの単層の超電導体薄膜で形成可能な粒界接合が用いられている。直接結合型ＳＱＵＩＤではスリットホール型のＳＱＵＩＤインダクタ（インダクタンスＬs）に検出コイル（インダクタンスＬp）が直接接続されており、入力コイル（インダクタンスＬi）はＳＱＵＩＤインダクタ（インダクタンスＬs）に兼用されることで省かれている。すなわち、検出コイル（インダクタンスＬp）に鎖交した磁束により誘導される遮蔽電流ＩpがＳＱＵＩＤインダクタ（インダクタンスＬs）に直接流れる構造である。直接結合型ＳＱＵＩＤでは、兼用により入力コイルのインダクタンスＬiはＳＱＵＩＤインダクタのインダクタンスＬsに等しく（Li=Ls）、検出コイルのインダクタンスＬpは、数ｎＨから数十ｎＨの値であるので、ＳＱＵＩＤインダクタのインダクタンスＬsより大きい（Lp>>Ls）。この場合の有効面積Ａeffは、式（２）より、式（３）のような近似式となる。この場合の有効面積Ａeff（検出コイルとＳＱＵＩＤとの結合効率）は、非特許文献２の有効面積Ａeff（＝Ap（Ls／Li）1/2／2））より小さくなっている。
Aeff＝Ap・Ls／（Lp＋Ls）        （３）
【００１０】
また、非特許文献３では、１層の超電導体薄膜でのＳＱＵＩＤの作製でも、高温超電導体での接合特性がばらつくことが記載されている。例えば、動作温度におけるＳＱＵＩＤの臨界電流で、10-100μA程度が求められ、理想的には10-20μAが求められるところ、100μAを超え、歩留まりを低下させる場合があった。そこで、複数のＳＱＵＩＤを同じ検出コイルに直列に接続し、複数のＳＱＵＩＤの中から良好な特性のＳＱＵＩＤを選択して使用することで歩留まりを改善する工夫がなされている。非特許文献３では、選択されないＳＱＵＩＤのＳＱＵＩＤインダクタのインダクタンスＬsも、検出コイルのインダクタンスＬpに足されるように機能する。すなわち、ｎ個のＳＱＵＩＤ（ｎ番目のインダクタンスをLs,nとする）を直列に配置した場合の有効面積Ａeffは式（４）のようになる。
Aeff＝Ap・Ls／（Lp＋ΣLs,n）        （４）
【００１１】
ここで、ΣLs,nはｎ個のＳＱＵＩＤのＳＱＵＩＤインダクタの総和（Ls,1＋Ls,2＋・・・＋Ls,n）を示している。式（３）に比べると、分母が約ΣLs,n ・(n-1)／n増加するため、有効面積Ａeffが減少する。しかしながら、直結型の場合、通常は検出コイルのインダクタンスＬpの方がＳＱＵＩＤインダクタのインダクタンスＬsよりも２桁以上大きい（Lp>>ΣLs）。この場合、複数のＳＱＵＩＤを直列に配置したことによる有効面積Ａeffの減少は小さく、実用上は問題とならない。
【００１２】
発明者の所属する研究機関では、高温超電導体でも、ＬＴＳ-ＳＱＵＩＤレベルの高感度化を目指し、集積型ＳＱＵＩＤの開発を進めている。その結果、２層の超電導層を含む高温超電導多層構造プロセスで、入力コイルがＳＱＵＩＤインダクタ上に積層した構造の集積型ＳＱＵＩＤの試作に成功している（非特許文献４、５）。この集積型ＳＱＵＩＤでも、マルチターン構造の入力コイルがワッシャー型のＳＱＵＩＤインダクタ上に薄い絶縁体層を介して積層された構造となっており、結合係数ｋは１に近い値が得られる。そして、２０−４０ｆＴ／Ｈｚ1/2の優れた雑音特性が得られている。しかし、高温超電導体に特有の接合特性のばらつきに加え、層間絶縁層の不良などにより歩留まりが低下する場合があった。
【００１３】
非特許文献３の直接結合型ＳＱＵＩＤと同じように、非特許文献４、５の集積型ＳＱＵＩＤを直列に接続することで、歩留まり改善が可能と考えられるが、非特許文献３の場合とは異なり、有効面積Ａeffすなわち検出感度が低下すると考えられた。ｎ個の集積型ＳＱＵＩＤを直列に並べた構造の有効面積Ａeffは、式（２）より、式（５）のように求まる。
Aeff＝Ap・ｋ（Li・Ls）1/2／（Lp＋ΣLi,n）        （５）
【００１４】
ここで、ΣLi,nはｎ個の集積型ＳＱＵＩＤの入力コイルのインダクタンスの総和（Li,1＋Li,2＋・・・＋Li,n）を示している。集積型ＳＱＵＩＤでは、検出コイルのインダクタンスＬpと入力コイルのインダクタンスＬiが等しくなるように設計されるため（Li=Lp）、１つの集積型ＳＱＵＩＤの場合に比べ、有効面積Ａeffが約２／(ｎ＋１)倍になる。したがって、集積型ＳＱＵＩＤでは複数のＳＱＵＩＤを直列に接続した構造は、一見すると、実用的でないと考えられ、実際に試作された例はない。このように、歩留まりの低下しやすい集積型ＳＱＵＩＤにおいて、歩留まりを向上させる手法が待たれているのであるが、１つの高温超電導磁気センサで、複数の集積型ＳＱＵＩＤの中から不良品でないものを選択し使用できれば、個々の集積型ＳＱＵＩＤでは歩留まりが低くても、高温超電導磁気センサとしては歩留まりが向上でき、有用である。
【００１５】
また、検出感度（有効面積Ａeff）の面で有利な集積型ＳＱＵＩＤであるが、直接結合型ＳＱＵＩＤよりも磁束トラップが起き易いという問題がある。高温超電導ＳＱＵＩＤは、冷却に液体ヘリウムが必要なＬＴＳ−ＳＱＵＩＤに比べ冷却が容易であり、高温超電導ＳＱＵＩＤはより広い応用展開が検討されている。地質探査など液体ヘリウムの調達が困難な屋外での応用や工場などでの非破壊検査などへの応用が検討されている。いずれも、磁気シールドを使用しない環境で使用する場合が多いため、高温超電導磁気センサを地磁気中で冷却することになる。このときに、超電導体中に磁束がトラップされる現象が起きると、トラップされた磁束の運動によりＳＱＵＩＤに雑音が発生し微弱な信号の測定が困難になる。トラップ現象が起きはじめるしきい値磁場ＢTの強度と超電導体のサイズには以下の式（６）の関係がある（非特許文献６参照）。なお、ｗは超電導体の幅である。
BT=πΦ0／4w2        （６）
【００１６】
直接結合型ＳＱＵＩＤではＳＱＵＩＤインダクタの幅は５μｍ程度であり、式（６）より求められるしきい値磁場ＢTは６５μＴ程度となる。日本での地磁気は３０〜５０μＴ程度であるため、直接結合型ＳＱＵＩＤでは地磁気中での冷却で磁束トラップが起こりにくい。一方、集積型ＳＱＵＩＤではマルチターンの入力コイルをＳＱＵＩＤインダクタと効率良く磁気結合させるため、入力コイルをＳＱＵＩＤインダクタ上に積層した構造になっている。そのため、ＳＱＵＩＤインダクタの幅が広くなり、通常１００〜３００μｍ程度の幅となっている。幅が１００μｍの場合でも、しきい値磁場ＢTは０．１６μＴと、地磁気以下になる。したがって、集積型ＳＱＵＩＤでは、地磁気中で冷却して使用すると磁束トラップが起きやすい。
【００１７】
非特許文献６では、その磁束トラップを防止できる集積型ＳＱＵＩＤが提案されている。この集積型ＳＱＵＩＤでは、ＳＱＵＩＤインダクタの幅が広い構造でも、ＳＱＵＩＤインダクタの部材をメッシュ構造にしたり、スリットホールを設けたりすることで、ＳＱＵＩＤインダクタを構成する最小線幅を細くし、磁束トラップを防止している。
【００１８】
また、集積型ＳＱＵＩＤの別の問題としてダイナミックレンジの問題がある。集積型ＳＱＵＩＤの場合、マルチターン構造で積層される入力コイル部分に必ず上下２層の超電導体同士の接続部分が必要になる。高温超電導体は接続部分で臨界電流密度が低下することが知られている。そのため、検出コイルと入力コイルからなる磁束トランスの臨界電流は入力コイル部分の超電導接続部分の臨界電流で制限されることになる。このことは、大きな磁場変動を検出コイルが受けても、流れる遮蔽電流に上限があることを意味しており、磁気センサのダイナミックレンジを制限する。一方、直接結合型ＳＱＵＩＤでは一層の超電導体薄膜で形成されているため、上下２層の超電導体同士の接続部分を含まない。したがって、直接結合型ＳＱＵＩＤでは、測定ダイナミックレンジが広くなっている。
【００１９】
このように、感度面では集積型ＳＱＵＩＤが有利であるが、直接結合型ＳＱＵＩＤには磁束トラップが起こりにくいことやダイナミックレンジが広いことなどのメリットもあるため、利用用途に応じて、集積型ＳＱＵＩＤを選択したり、直接結合型ＳＱＵＩＤを選択したりする必要がある。逆に、１つの高温超電導磁気センサで、集積型ＳＱＵＩＤを選択したり、直接結合型ＳＱＵＩＤを選択したりできれば、高感度と広いダイナミックレンジとが両立でき、有用である。
【００２０】
また、高温超電導磁気センサの冷却方法には、液体窒素で直接冷却する方法と冷凍機冷却や液体窒素で冷却されたロッドを介して熱伝導により冷却する方式がある。このため、使用する冷却方法により、ＳＱＵＩＤの温度（動作温度）が異なり、ＳＱＵＩＤの臨界電流の最適値が変化する。例えば、液体窒素冷却のロッドを介して熱伝導で冷却する場合、動作温度は液体窒素で直接冷却した場合の７７Ｋに比べて動作温度は１−２Ｋ程度高くなると考えられる。その動作温度で２０-１００μＡの臨界電流を実現するためには、あらかじめ接合幅を広くするなど、７７Ｋでの臨界電流値を大きめに設計する必要がある。逆に、１つの高温超電導磁気センサで、冷却方法（動作温度）に応じて、接合幅が互いに異なるように特性および構造の異なる複数の（集積型）ＳＱＵＩＤの中から選択できれば、冷却方法（動作温度）によらず使用でき、有用である。
【００２１】
前記より、１つの高温超電導磁気センサで、複数のＳＱＵＩＤの中から所望のものを選択し使用できれば、高温超電導磁気センサとして、歩留まりが向上できたり、高感度と広いダイナミックレンジとを両立できたり、冷却方法（動作温度）によらず使用できたりと有用である。
【００２２】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、複数のＳＱＵＩＤを有し、その中から所望のものを選択し使用できる高温超電導磁気センサとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記課題を解決するために、本発明は、
基板上に形成された超電導層を有し、前記超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）が形成されている高温超電導磁気センサにおいて、
前記超電導層に形成され、前記ＳＱＵＩＤ毎に接続又は磁気結合する複数の入力コイルと、
前記超電導層に形成され、複数の前記入力コイルと閉ループを形成するように接続された検出コイルと、
前記超電導層に形成され、前記入力コイル毎の両端を短絡しているが切断可能な複数のトリミング配線とを有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明は、
基板上に形成された超電導層を有し、前記超電導層に複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）が形成されている高温超電導磁気センサの製造方法において、
前記ＳＱＵＩＤ毎に接続又は磁気結合する複数の入力コイルと、複数の前記入力コイルと閉ループを形成するように接続された検出コイルと、前記入力コイル毎の両端を短絡している複数のトリミング配線とを、前記超電導層に形成し、
複数の前記ＳＱＵＩＤの電気的、磁気的特性の測定結果に基づいて、複数の前記ＳＱＵＩＤの中から前記高温超電導磁気センサの用途に適した前記ＳＱＵＩＤを選択し、
選択された前記ＳＱＵＩＤに接続又は磁気結合する前記入力コイルの両端を短絡している前記トリミング配線を切断することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数のＳＱＵＩＤを有し、その中から所望のものを選択し使用できる高温超電導磁気センサとその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の回路図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の回路図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの超電導量子干渉素子Ｄ２周辺の拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサの製造方法のフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサの製造途中における断面図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）に設けられた複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）の中の１つＳＱＵＩＤの電流−電圧特性である。
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）に設けられた複数の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）の中の１つＳＱＵＩＤの電圧−磁束特性である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の雑音特性である。
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの下側に配置された超電導量子干渉素子周辺の拡大図である。
【図１１Ａ】本発明の第４の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の超電導量子干渉素子Ｄ１周辺の拡大図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの超電導量子干渉素子Ｄ１周辺の拡大図である。
【図１２Ａ】本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（グラジオメータ構造、トリミング配線未切断の状態）の平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの超電導量子干渉素子周辺の拡大図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂの超電導量子干渉素子周辺の拡大図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線未切断の状態）の回路図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の平面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（トリミング配線切断の状態）の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。また、以下の開示は、本発明の一実施例にすぎず、本発明の技術範囲を何ら限定するものではない。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１Ａに、本発明の第１の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の回路図を示す。図１Ａでは、トリミング配線６が未切断の状態を示している。高温超電導磁気センサ１は、複数の（図中では３個の）超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）２を有している。
ＳＱＵＩＤ２はそれぞれ、２つのジョセフソン接合３とＳＱＵＩＤインダクタ４とが直列に接続された閉ループ構造になっている。２つのジョセフソン接合３の間には、ＳＱＵＩＤインダクタ４の接続されている側に電極８ｂが接続され、ＳＱＵＩＤインダクタ４の接続されていない側に電極８ａが接続されている。ＳＱＵＩＤ毎に、ＳＱＵＩＤインダクタ４に接続又は磁気結合する入力コイル５が設けられている。複数の入力コイル５は、直列に接続されている。この複数の入力コイル５の直列接続の両端に、検出コイル７が接続され、複数の入力コイル５と検出コイル７とが直列に接続された磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１が形成されている。
【００２９】
複数のトリミング配線６はそれぞれ、入力コイル５の両端を短絡するように、入力コイル５の両端の間に接続されている。これにより、複数のトリミング配線６は、直列に接続され、この複数のトリミング配線６の直列接続の両端に、検出コイル７が接続され、複数のトリミング配線６と検出コイル７とが直列に接続されたトリミング配線側の閉ループＬ２が形成されている。トリミング配線６のインダクタンスＬwは、入力コイル５のインダクタンスＬsよりも小さくなっている。トリミング配線６はそれぞれ単独に切断可能になっている。
【００３０】
複数のＳＱＵＩＤ２の電気と磁気の特性の測定結果に基づいて、複数のＳＱＵＩＤ２の中から高温超電導磁気センサ１の今回の用途に適し、不良品でないＳＱＵＩＤ２を選択する。そして、選択されたＳＱＵＩＤ２に接続又は磁気結合する入力コイル５の両端を短絡しているトリミング配線６を切断する。
【００３１】
図１Ｂに、本発明の第１の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１のトリミング配線６の１つを切断した状態の回路図を示す。図１Ｂの例では、３つあったトリミング配線６の中の右側のトリミング配線６が切断されて除去されたため、その後には、切断部６ａが生じている。このため、トリミング配線６は、複数の入力コイル５の中の一部の入力コイル５（５ｂ）の両端を短絡しているが、他の入力コイル５（５ａ）の両端は短絡していない。これにより、選択されていた図１Ｂの例では右側のＳＱＵＩＤ２（２ａ）が、使用される状態になり、他のＳＱＵＩＤ２（２ｂ）が、使用されない状態になる。遮蔽電流は、インダクタンスの小さい方を流れるので、入力コイル５（５ｂ）がトリミング配線６で短絡されていると、トリミング配線６を流れて、入力コイル５（５ｂ）は流れない。一方、トリミング配線６が切断された入力コイル５（５ａ）には、遮蔽電流が流れる。遮蔽電流が流れる入力コイル５（５ａ）に磁気結合するＳＱＵＩＤインダクタ４を有するＳＱＵＩＤ２（２ａ）が稼動し使用されることになる。なお、複数のトリミング配線６と検出コイル７とで形成されていたトリミング配線側の閉ループＬ２は、切断部６ａによって、開いた状態になっている。複数の入力コイル５と検出コイル７とで形成されていた入力コイル側の閉ループＬ１は、切断部６ａの有無に関係なく、閉じた状態になっている。
【００３２】
高温超電導磁気センサ１の構造での有効面積Ａeffは、式（７）で表される。
Aeff＝Ap・ｋ（Li・Ls）1/2／（Lp＋Li＋(n-1)Lw）        （７）
【００３３】
ここで、ｎは直列に接続された集積型ＳＱＵＩＤ２の個数であり、Ｌｗはトリミング配線６のインダクタンスである。トリミング配線６のインダクタンスＬｗを入力コイル５のインダクタンスＬiよりも十分小さくすることで（Ｌｗ＜＜Ｌi）、式（２）の一つの集積型ＳＱＵＩＤが検出コイル７に接続された場合の有効面積と一致するため、複数の集積型ＳＱＵＩＤを配置したことによる感度低下を防ぐことができる。そして、第１の実施形態では、トリミング配線６のインダクタンスＬｗを、入力コイル５のインダクタンスＬiよりも十分小さく設定している（Ｌｗ＜＜Ｌi）。これにより、第１の実施形態では、複数のＳＱＵＩＤ２を配置しても感度の低下を起こすことなく、複数のＳＱＵＩＤ２の中から用途に適したＳＱＵＩＤ２を選択し使用することが可能になる。１つの高温超電導磁気センサ１で、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２の中から不良品でないものを選択し使用できるので、たとえ、個々の集積型ＳＱＵＩＤ２では歩留まりが低い場合でも、高温超電導磁気センサ１としては歩留まりが向上でき、有用である。
【００３４】
第１の実施形態では、ＳＱＵＩＤ２の選択に際して、あらかじめすべての入力コイル５をトリミング配線６で短絡しておき、選択され使用するＳＱＵＩＤ２に対応するトリミング配線６を切断するが、これに限らない。例えば、あらかじめすべての入力コイル５をトリミング配線６で短絡しておかずに、ＳＱＵＩＤ２の選択に際して、選択され使用するＳＱＵＩＤ２に対応する入力コイル５（５ａ）を除いた他の入力コイル５（５ｂ）の両端をトリミング配線６で接続し短絡させてもよい。
【００３５】
なお、ＳＱＵＩＤ２の選択においては、電磁気特性や顕微鏡などによる形状観察などの評価を行い選択することが可能である。または、設計パラメータから選択することも可能である。すなわち、設計パラメータにおいて、構造の異なる複数の集積型ＳＱＵＩＤ２を設計し製造しておけば、１つの高温超電導磁気センサ１で、冷却方法（動作温度）に応じて、構造の異なる複数の集積型ＳＱＵＩＤ２の中から選択できるので、冷却方法（動作温度）によらず、１つの高温超電導磁気センサ１を使用でき、有用である。また、構造において異ならせる設計パラメータとしては、ＳＱＵＩＤ２のジョセフソン接合３の接合幅、入力コイル５のインダクタンスＬi、ＳＱＵＩＤインダクタ４のインダクタンスＬｓなどを採用することができる。設計パラメータにおいて、構造の異なる複数の集積型ＳＱＵＩＤ２や入力コイル５を設計し製造しておけば、１つの高温超電導磁気センサ１で、使用目的に応じて、構造の異なる複数の集積型ＳＱＵＩＤの中から選択できるので、使用目的によらず、１つの高温超電導磁気センサ１を使用でき、有用である。
【００３６】
また、第１の実施形態では、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２に磁気結合する入力コイル５を直列に接続したが、第３の実施形態で詳述するように、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２に磁気結合する入力コイル５と、複数の直接結合型ＳＱＵＩＤ２に接続する入力コイル５（ＳＱＵＩＤインダクタ４と兼用）とを直列に接続してもよい。これによれば、１つの高温超電導磁気センサで、集積型ＳＱＵＩＤ２を選択したり、直接結合型ＳＱＵＩＤ２を選択したりできるので、１つの高温超電導磁気センサで、高感度と広いダイナミックレンジとが両立でき、有用である。
【００３７】
なお、トリミング配線６が切断された高温超電導磁気センサ１は、高感度化し有用であり、トリミング配線６が切断されていない高温超電導磁気センサ１（トリミング配線６が取付けられていない高温超電導磁気センサ１も含む）は、感度が高くなく有用でないと、
考えがちであるが、この考えは正しくない。それは、単に、トリミング配線６が切断されていない高温超電導磁気センサ１でも、トリミング配線６を切断すれば高感度化しうるのだから有用であるということに止まらない。それは、トリミング配線６が切断されていない高温超電導磁気センサ１（トリミング配線６が取付けられていない高温超電導磁気センサ１も含む）は、それが有する複数の直接結合型ＳＱＵＩＤ２はそれぞれ、感度が悪いながらも電気磁気特性を測定でき、その測定特性に基づいて、所望の直接結合型ＳＱＵＩＤ２を選択できるという有用な機能を有していると考えられるからである。この機能は、高温超電導磁気センサ１に、その選択の前から、あらかじめ、トリミング配線６を設けておくか、その選択の後にトリミング配線６を設けて、使用しない直接結合型ＳＱＵＩＤ２を稼動しないようにするかに関わらず存在していると考えられる。従来は、この機能が見逃され、トリミング配線６が切断されていない高温超電導磁気センサ１（トリミング配線６が取付けられていない高温超電導磁気センサ１も含む）ですら製造されることはなかった。
【００３８】
（第２の実施形態）
図２Ａに、本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の平面図を示す。図２Ａでは、トリミング配線６が未切断の状態を示している。第２の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、より具体的に高温超電導磁気センサ１の平面図を示し、高温超電導磁気センサ１が有する集積型ＳＱＵＩＤ２の数が４つの場合を示している点であり、回路構成に大きな差はない。
【００３９】
高温超電導磁気センサ１は、外側に、薄膜状のリング９を有している。リング９の外側の輪郭と、内側の輪郭とは、略正方形（四角形）をしている。この四角形のリング９の各辺の中央付近のリング９の内側に、入力コイル５と、入力コイル５が磁気結合する集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）が形成されている。入力コイル５と集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）とは、それぞれ４つずつ形成されている。４つの集積型ＳＱＵＩＤ２は、説明の便宜上区別し、リング９の四角形の下辺には集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）が配置され、以下、反時計回りに、リング９の四角形の右辺には集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）が配置され、リング９の四角形の上辺には集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ３）が配置され、リング９の四角形の右辺には集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ４）が配置されている。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）毎に、電極８ａと電極８ｂとが２つずつ、リング９の内側に沿うように設けられている。
リング９には、入力コイル５と集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の近傍に、スリット９ａが設けられている。スリット９ａは、リング９の内側の縁には達しているが、外側の縁には達していない。スリット９ａはリング９の外側の縁には達していないので、リング９は閉ループとなり開かれていない。
【００４０】
そして、リング９におけるスリット９ａの領域の外側の領域が、トリミング配線６になっている。スリット９ａとトリミング配線６とは、それぞれ４つずつ形成されている。トリミング配線６は、リング９の外周側に配置され、入力コイル５と集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）は、リング９の内側に配置されている。そして、入力コイル５とトリミング配線６の間のリング９の領域に、スリット９ａが形成されている。リング９におけるトリミング配線６とスリット９ａを除いた領域が、検出コイル７になっている。トリミング配線６に相当するリング９の幅Ｗ１は、検出コイル７に相当するリング９の幅Ｗ０より狭くなっている。そして、リング９は、４分割された検出コイル７と、４つ（複数）のトリミング配線６とが交互に直列に接続されて、トリミング配線側の閉ループＬ２を構成している。
【００４１】
トリミング配線６の長さは、スリット９ａの幅程度とみなせるので、トリミング配線６は、その長さが、その幅Ｗ１に対して短い超電導体であるため、トリミング配線６のインダクタンスＬｗは、入力コイル５のインダクタンスＬiよりも十分に小さくなっている（Ｌｗ＜＜Ｌi）。これにより、検出コイル７に遮蔽電流Ｉｐが生じると、遮蔽電流Ｉｐは、トリミング配線６を経由するトリミング配線側の閉ループＬ２を主に流れ、入力コイル５を経由する磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１を殆んど流れない。
【００４２】
図２Ｂに、図２Ａの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）周辺の拡大図を示す。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）は、２つのジョセフソン接合３とＳＱＵＩＤインダクタ４とが直列に接続された閉ループ構造になっている。ジョセフソン接合３には、ランプエッジ型接合が用いられている。図２Ｂを含め全図面中の平面図において、「点々」でハッチングされた領域は、基板２１（図７参照）上に形成された上下２層の高温超電導層の内で下側の高温超電導層（第１超電導層）ＤＬ（図７参照）の配置された領域を示し、「白抜き」でハッチングされた領域は、下側の第１超電導層ＤＬの上方に絶縁層２２（図７参照）を介して形成された上側の第２超電導層ＵＬの配置された領域を示している。この表示法は、図２Ａ、図４、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１４でも同様である。ジョセフソン接合３では、第１超電導層ＤＬのエッジがランプ状になっているところに、第２超電導層ＵＬが上から接している。ジョセフソン接合３では、第１超電導層ＤＬと、第２超電導層ＵＬが重なっている。
【００４３】
ＳＱＵＩＤインダクタ４は、ワッシャー構造（コの字形状）の１ターンのコイルである。ＳＱＵＩＤインダクタ４は、下側の第１超電導層ＤＬで形成されている。ＳＱＵＩＤインダクタ４は、略正方形（四角形）のパターン形状をしており、その正方形の一辺の中央から、正方形の中心にかけてスリット４ａが切られている。ＳＱＵＩＤインダクタ４の外周部分のスリット４ａの両側にそれぞれ、ジョセフソン接合３が形成されている。これにより、２つのジョセフソン接合３のそれぞれの一端は、ＳＱＵＩＤインダクタ４に接続している。そして、２つのジョセフソン接合３のそれぞれのもう一端は、互いに接続するとともに、配線１３を介して電極８ａに接続している。また、ＳＱＵＩＤインダクタ４の正方形のスリット４ａの切られている辺に対向する辺の中央から、配線１４が引き出されている。配線１４は、図示を省略した絶縁層２２（図７参照）に設けられたコンタクトホールＣ３を介して、配線１５に接続し、配線１５は電極８ｂに接続している。
【００４４】
ＳＱＵＩＤインダクタ４の上方に、絶縁層２２（図７参照）を介して、渦巻状のマルチターン構造の入力コイル５が形成されている。ＳＱＵＩＤインダクタ４は、下側の第１超電導層ＤＬ（図７参照）に形成され、入力コイル５は、上側の第２超電導層ＵＬ（図７参照）に形成されている。第１超電導層ＤＬと第２超電導層ＵＬの間には絶縁層２２が形成されているので、ＳＱＵＩＤインダクタ４と、入力コイル５とは、絶縁層２２を隔て対向している。これにより、ＳＱＵＩＤインダクタ４と入力コイル５の結合係数ｋは１に近い値が得られる。入力コイル５は、例えば、巻線幅を２μｍとし、図２Ｂに示すようにターン数を２０ターンとすることができる。入力コイル５の外終端は、配線１１により検出コイル７の一端に接続されている。入力コイル５の内終端は、絶縁層２２（図７参照）に設けられたコンタクトホールＣ１を介して、ＳＱＵＩＤインダクタ４に接続している。ＳＱＵＩＤインダクタ４は、配線１２と絶縁層２２（図７参照）に設けられたコンタクトホールＣ２を介して、検出コイル７に接続されている。このように、スリット９ａを隔てて分割された検出コイル７の間には、順に、配線１１、入力コイル５、コンタクトホールＣ１、ＳＱＵＩＤインダクタ４の一部、配線１２、コンタクトホールＣ２が接続されている。これにより、スリット９ａを隔てて分割された検出コイル７の間に、入力コイル５が接続されている。また、図２Ａに示すように、スリット９ａを隔てて分割された検出コイル７の間には、トリミング配線６が接続されているので、第２の実施形態でも、あらかじめすべての入力コイル５をトリミング配線６で短絡していることになる。
【００４５】
入力コイル５は、図２Ｂに示す２０ターンのようなマルチのターン数を有しているので、入力コイル５のインダクタンスＬiは、トリミング配線６のインダクタンスＬｗよりも十分に大きくなっている（Ｌｗ＜＜Ｌi）。これにより、検出コイル７に遮蔽電流Ｉｐが生じると、遮蔽電流Ｉｐは、トリミング配線６を経由するトリミング配線側の閉ループＬ２を主に流れ、入力コイル５を経由する磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１を殆んど流れない。
【００４６】
図３に、本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の等価回路図を示す。図３では、トリミング配線６が未切断の状態を示している。便宜上、４つのＳＱＵＩＤインダクタ４それぞれのインダクタンスＬs、４つの入力コイル５それぞれのインダクタンスＬi、４つのトリミング配線６それぞれのインダクタンスＬｗは、同じ符号で表示しているが、異なる値に設計することも可能である。検出コイル７は、４つに分割されていることに対応して、分割された４つの検出コイル７毎に、検出コイル７のインダクタンスＬpが４等分されたインダクタンスＬp／４を付している。ただ、これは、高温超電導磁気センサ１の平面図と等価回路図の対応関係の理解を容易にするためであり、第１の実施形態で図１Ａに示した検出コイル７のインダクタンスＬpと等価である。
【００４７】
また、ＳＱＵＩＤインダクタ４は、第１の実施形態（図１Ａ）では、入力コイル５と磁気結合はするが接続はしていないが、第２の実施形態では、図２Ｂに示したように、コンタクトホールＣ１を介して入力コイル５に接続しているので、この接続を図３の等価回路図にも反映させている。この接続によって、ＳＱＵＩＤインダクタ４と入力コイル５の磁気結合の結合係数ｋが低下することはない。
【００４８】
また、ＳＱＵＩＤインダクタ４は、第１の実施形態（図１Ａ）では、トリミング配線６と接続はしていないが、第２の実施形態では、図２Ｂに示したように、コンタクトホールＣ２と配線１２等を介して、トリミング配線６に接続しているので、この接続を図３の等価回路図にも反映させている。トリミング配線６は、この接続によって、ＳＱＵＩＤインダクタ４の配線１２とコンタクトホールＣ１の間を介して、入力コイル５に接続しており、この場合のトリミング配線６と入力コイル５の間に接続されたＳＱＵＩＤインダクタ４は、インダクタンスとして機能しておらず、単なる配線として機能していると考えられる。
【００４９】
また、第２の実施形態では、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）のジョセフソン接合３の接合幅をそれぞれ、１．２μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍとしている。４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）それぞれに関して、４つのＳＱＵＩＤインダクタ４のインダクタンスＬsはすべて等しく、約４０ｐＨとしており（Ls=約40pH）、４つの入力コイル５のインダクタンスＬiはすべて等しく、約７ｎＨにしており（Li=約7nH）、検出コイルのインダクタンスをＬpは、約１０ｎＨにしている（Lp=約10nH）。
【００５０】
図３に示すような、トリミング配線６が切断されていない高温超電導磁気センサ１に、磁場を印加すると、検出コイル７に誘起される遮蔽電流Ｉｐ（図２Ａ参照）は、インダクタンスが大きな入力コイル５には殆ど流れず、インダクタンスが小さいトリミング配線６を流れる。どの入力コイル５にも遮蔽電流Ｉｐが殆ど流れないため、この状態では高感度な磁気センサとして機能しない。しかしながら、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の電流-電圧特性の評価は可能である。また、比較的強い磁場を印加することで、わずかではあるが入力コイル５に流れる遮蔽電流成分と集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に直接鎖交する磁場成分により、集積型ＳＱＵＩＤ２の磁場応答、すなわち電圧-磁束特性を評価することが可能である。電流−電圧特性、電圧−磁場特性から各集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の臨界電流Ｉｃ、接合抵抗Ｒｎ、変調電圧振幅ΔＶなどの電気・磁気特性を測定（取得）でき、これらの電気・磁気特性の測定結果から用途に適し使用可能な集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を選択可能である。そして、例えば、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）を選択したとする。
【００５１】
用途に適し使用可能な集積型ＳＱＵＩＤ２として、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）を選択した後に、その選択した集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）に接続及び／又は磁気結合する入力コイル５の両端を短絡しているトリミング配線６を切断する。
【００５２】
図４と図５に、本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１で、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）に接続及び／又は磁気結合する入力コイル５の両端を短絡しているトリミング配線６を切断したものを示す。トリミング配線６が切断された後には、切断部６ａが生じる。トリミング配線６の切断は、切断部６ａが、スリット９ａからリング９の外周端にかけて生じるように行われる。切断部６ａは、スリット９ａに接し、連なっている。切断部６ａとスリット９ａとにより、閉じていたリング９が開かれることになる。これにより、複数のトリミング配線６と検出コイル７とで形成されていたトリミング配線側の閉ループＬ２は、切断部６ａによって、開いた状態になる。一方、複数の入力コイル５と検出コイル７とで形成されていた入力コイル側の閉ループＬ１は、切断部６ａの有無に関係なく、閉じた状態のままである。
【００５３】
この状態で磁場を印加すると、検出コイル７を流れる遮蔽電流Ｉｐは、切断部６ａにおいてトリミング配線６（ループＬ２の一部）を流れることができないため、選択し使用する集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）に接続及び／又は磁気結合する入力コイル５（ループＬ１の一部）を流れる。これにより、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）が、用途に適し高感度なＳＱＵＩＤ磁気センサとして機能し、ひいては、高温超電導磁気センサ１が用途に適し高感度なＳＱＵＩＤ磁気センサとして機能する。なお、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の他の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４）では、切断前と同様に遮蔽電流Ｉｐは、殆ど、インダクタンスが小さいトリミング配線６を流れている。
【００５４】
次に、高温超電導磁気センサ１の製造方法とこれに伴う測定結果について説明する。高温超電導磁気センサ１の製造では、超電導層を２層含む高温超電導多層構造を作製している。
【００５５】
図６に、本発明の第２の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の製造方法のフローチャートを示す。このフローチャートは主要なステップのみを記載しており、製造方法の説明は、図７の高温超電導磁気センサ１の製造途中における断面図を参照しながら、適宜、図６のフローチャートに戻ることにする。
【００５６】
まず、図７（ａ）に示すように、４層構造の基板２１を形成した。１５×１５ｍｍ２の大きさの酸化マグネシウム（MgO(100)）基板２１ａを使用し、その上に配向制御バッファー層２１ｂとして膜厚５ｎｍのBaZrO3層と、黒色均熱層２１ｃとして膜厚３００ｎｍのPr1.4Ba1.6Cu2.6Ga0.4Oy層と、下部絶縁層２１ｄとして膜厚２５０ｎｍのSrSnO3層を、順にオフアクシススパッタ法によって形成し積層させた。
次に、図６のステップＳ１として、基板２１の上に、下部超電導層（第１超電導層）ＤＬとして、膜厚２５０ｎｍのSmBa2Cu3Oy（SmBCO）をオフアクシススパッタ法によって成膜した。そして、図７（ｂ）に示すように、下部超電導層（第１超電導層）ＤＬを所望の回路パターン形状（例えば、ＳＱＵＩＤインダクタ４のパターン形状）に加工した。回路パターン形成は、フォトリソグラフィ法と、イオンミリングによるドライエッチング法で行った。
【００５７】
次に、図６のステップＳ２として、図７（ｂ）に示すように、層間絶縁層（絶縁層）２２として、膜厚２８０ｎｍのSrSnO3（SSO）層をオフアクシススパッタ法によって形成した。そして、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁層２２を所望の回路パターン形状に加工した。回路パターン形成は、フォトリソグラフィ法と、イオンミリングによるドライエッチング法で行った。層間絶縁層２２のこのエッチングによって、ランプエッジ型ジョセフソン接合３のランプ斜面と、下部超電導層（第１超電導層）ＤＬと上部超電導層（第２超電導層）ＵＬの接続のためのコンタクトホールＣ１等のランプ斜面を、層間絶縁層２２と下部超電導層（第１超電導層）ＤＬに形成した。すなわち、このエッチングでは、層間絶縁層２２と同時に下部超電導層（第１超電導層）ＤＬもエッチングしている。
【００５８】
次に、図６のステップＳ３として、図７（ｃ）に示すように、上部超電導層（第２超電導層）ＵＬとして、膜厚２５０ｎｍのLa0.1-Er0.95Ba1.95Cu3Oy（L1ErBCO）層を、レーザー蒸着法により形成した。ランプエッジ型ジョセフソン接合３の下部超電導層（第１超電導層）ＤＬのランプ斜面上に上部超電導層（第２超電導層）ＵＬが形成されることにより、ランプエッジ型ジョセフソン接合３が完成する。コンタクトホールＣ１等の下部超電導層（第１超電導層）ＤＬのランプ斜面上に上部超電導層（第２超電導層）ＵＬが形成されることにより、下部超電導層（第１超電導層）ＤＬと上部超電導層（第２超電導層）ＵＬが接続する。さらに、上部超電導層（第２超電導層）ＵＬの上に、金（Au）電極層２３として膜厚１００ｎｍの金層をスパッタ法で形成した。そして、図７（ｄ）に示すように、金電極層２３と上部超電導層（第２超電導層）ＵＬを所望の回路パターン形状（例えば、入力コイル５や検出コイル７やトリミング配線６等のパターン形状）に加工した。また、ランプエッジ型ジョセフソン接合３の接合幅は、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）毎に変え、１．２μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍとした。回路パターン形成は、フォトリソグラフィ法と、イオンミリングによるドライエッチング法で行った。上部超電導層（第２超電導層）ＵＬと金電極層２３は同時にエッチングしているため、上部超電導層（第２超電導層）ＵＬの表面はすべて金電極層２３で覆われている。
【００５９】
次に、図６のステップＳ４として、高温超電導磁気センサ１を、１気圧の酸素雰囲気中で、４００〜５００℃に加熱して熱処理を行った。ここまでの製造工程により、図２Ａに示ようにトリミング配線６が切断されていない状態の高温超電導磁気センサ１が完成した。
【００６０】
次に、図６のステップＳ５として、高温超電導磁気センサ１に形成されている集積型ＳＱＵＩＤ２の個数ｎ（第２の実施形態では４個）と同じ回数だけ測定を行う。すなわち、高温超電導磁気センサ１に形成されているすべての集積型ＳＱＵＩＤ２について測定を行う。測定としては、電流−電圧特性の測定を４つの集積型ＳＱＵＩＤ２毎に、電圧−磁束特性の測定を４つの集積型ＳＱＵＩＤ２毎に、測定温度７７Ｋの条件の下で行った。測定では、高温超電導磁気センサ１を液体窒素中に浸けて、冷却した。
【００６１】
図８Ａに、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の中の１つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２、接合幅wj＝２．０μｍ）についての電流−電圧特性の測定結果を示す。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の電流-電圧特性は、良好なジョセフソン特性に典型的なＲＳＪ的な非線形特性を示した。臨界電流Ｉcは４２μＡ、接合抵抗Ｒnは２．６Ω（ｏｈｍ）であった。
【００６２】
図８Ｂに、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の中の１つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２、接合幅wj＝２．０μｍ）についての電圧−磁束特性の測定結果を示す。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の電圧−磁束特性は、ＳＱＵＩＤに特徴的な周期的に変動する特性を示した。変調電圧振幅ΔＶは３８μＶであった。このように、入力コイル５がトリミング配線６によって短絡した状態でも、各集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の基本特性の測定が可能であり、その測定結果を基に用途に適した特性の集積型ＳＱＵＩＤ２を選択可能である。なお、必ずしもすべてのＳＱＵＩＤを測定しなくても、仕様を満たす特性のＳＱＵＩＤが見いだされた時点で次のステップに進むことも可能である。
【００６３】
次に、図６のステップＳ６として、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の中のどれかが、用途に適してＯＫであるか否か判定し、用途に適した集積型ＳＱＵＩＤ２を選択する。
【００６４】
表１に、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１（ＳＱＵＩＤ−１）、Ｄ２（ＳＱＵＩＤ−２）、Ｄ３（ＳＱＵＩＤ−３）、Ｄ４（ＳＱＵＩＤ−４））の測定結果（測定温度７７Ｋ）を示す。４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）は、どれも不良品ではなく、正常に動作することが確認された。そして、本第２の実施形態の例では、用途として、温度７７Ｋでの使用を想定したので、変調電圧振幅ΔＶが大きく、臨界電流値Ｉｃが適正である集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）を選択することにし（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、ステップＳ７へ進んだ。一方、４つの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）が、例えば、どれも不良品でありＯＫでなかった場合には（ステップＳ６、Ｎｏ）、ステップＳ９へ進み、高温超電導磁気センサ１は廃棄され、第２の実施形態の製造方法は終了する。
【表１】
0005608067.tif 000002
【００６５】
次に、図６のステップＳ７として、図４と図７（ｅ）に示すように、トリミング配線６を切断して、切断部６ａを生成する。ステップＳ６で選択した集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）に磁気結合する入力コイル５の両端を短絡するトリミング配線６を切断する。前記したリソグラフィーとエッチングで切断することも可能であるが、本実施例では、トリミング配線６を目視あるいは実体顕微鏡で見ることができ、手作業により切断可能な構造に設計したため、ダイヤモンドペンを使用し、実体顕微鏡下で手作業で切断した。切断では、トリミング配線６が形成されていた第２超電導層ＵＬが削られる。
【００６６】
特別な装置を使用することなく容易かつ安価に切断できるので、この切断の作業は、エンドユーザでも行うことが可能である。もちろん、これに先立つ、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の中からの選択も、さらには、複数の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の測定もエンドユーザが行うことが可能である。また、エンドユーザが測定はしなくても、選択できるように、高温超電導磁気センサ１に、製造者が測定した測定結果が添えられていると便利である。
【００６７】
最後に、図６のステップＳ８として、高温超電導磁気センサ１を実装し、高温超電導磁気センサ１を完成させた。実装（切断）後で、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の臨界電流Ｉｃ、変調電圧振幅ΔＶに大きな変化は見られなかった。磁気センサとしての検出効率を表す有効面積Ａeffは、２．０ｍｍ2であった。この値は、従来作製していた集積型ＳＱＵＩＤ２が一つしか含まれていない高温超電導磁気センサの有効面積（1.7〜2.1mm2）と一致しており、本発明により検出効率、すなわち検出感度を低下させることがないことを確認できた。
【００６８】
図９に、切断後の高温超電導磁気センサ１の磁場換算雑音特性を示す。これより、ホワイト領域で、約３０ｆＴ／Ｈｚ1/2の優れた雑音特性が得られた。
【００６９】
本第２の実施形態では、７７Ｋでの最終使用を想定して、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）を選択した。しかしながら、熱伝導を利用した冷却で使用する場合（用途）は使用温度が７７Ｋよりも高温になる可能性がある。使用温度が上昇すると臨界電流Ｉｃが減少することが予想されるため、このような場合（用途）には、臨界電流Ｉｃが大きめの集積型ＳＱＵＩＤ２を選択することができる。例えば、表１の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）や（Ｄ４）を選択することになる。
【００７０】
また、第２の実施形態の高温超電導磁気センサ１を複数回試作したが、いずれの場合も、少なくとも一つの集積型ＳＱＵＩＤ２では臨界電流Ｉｃ、変調電圧振幅ΔＶが適正な値になっており、どの試作でも使用可能な素子を作製できた。このことから、本発明が製造歩留まり向上に極めて有効であることを確認できた。
【００７１】
（第３の実施形態）
図１０Ａに、本発明の第３の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の平面図を示し、図１０Ｂに、図１０Ａの高温超電導磁気センサ１の下側に配置されたＳＱＵＩＤ２周辺の拡大図である。図１０Ａでは、トリミング配線６が未切断の状態を示している。第３の実施形態では、異なる構造のＳＱＵＩＤ素子である集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）と、直接結合（直結）型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）を混載した場合について述べる。
【００７２】
第３の実施形態が、第２の実施形態と異なっている点は、検出コイル７（リング９）の下辺中央に配置されていた集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）が、複数（図１０Ｂでは４つ）の直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）に置き換わっている点である。
【００７３】
図１０Ｂに示すように、４つの直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）が直列に接続され、その両端が、検出コイル７に直列に接続されている。第３の実施形態の高温超電導磁気センサ１も、第２の実施形態で説明した製造方法により作製可能である。
【００７４】
直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）では、スリットホール型のＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３、４４（インダクタンスＬs）の直列接続に、検出コイル７（インダクタンスＬp）が直接接続されており、入力コイル５１、５２、５３、５４（インダクタンスＬi）は、ＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３、４４（インダクタンスＬs）に兼用されることで省かれている。すなわち、検出コイル７（インダクタンスＬp）に鎖交した磁束により誘導される遮蔽電流Ｉpが、ＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３、４４（インダクタンスＬs）に直接流れる構造である。直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）では、兼用により入力コイル５１、５２、５３、５４のインダクタンスＬiはＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３、４４のインダクタンスＬsに等しく（Li=Ls）、検出コイル７のインダクタンスＬpは、数ｎＨから数十ｎＨの値であるので、ＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３、４４のインダクタンスＬsより大きくなっている（Lp>>Ls）。
【００７５】
第３の実施形態では、集積型ＳＱＵＩＤが必要な用途には、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を選択して使用し、直結型ＳＱＵＩＤが必要な用途には、直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）を選択して使用することができる。４つの直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）のうち使用するＳＱＵＩＤは一つだけであるので、必ずしも複数の直結型ＳＱＵＩＤを作製しておく必要はないが、複数のＳＱＵＩＤを作製することで、歩留まり向上と最適な特性のＳＱＵＩＤを選択できるメリットがある。例えば、３つの直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３）では、ＳＱＵＩＤインダクタ４１、４２、４３のインダクタンスＬsの値はいずれも等しく４０ｐＨとして、ジョセフソン接合３の接合幅は順に、２、３、４μｍとなっており、直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１４）では、ＳＱＵＩＤインダクタ４４のインダクタンスＬsの値は５０ｐＨ、ジョセフソン接合３の接合幅は３μｍとなっており、設計されたパラメータを変えている。
【００７６】
直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１）では、２つのジョセフソン接合３が形成されている第１超電導層ＤＬ１が、コンタクトホールＣ４を介して、第２超電導層ＵＬに形成され電極８ｃ（図１０Ａ参照）に接続する配線１６に接続されている。同様に、直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１２）では、２つのジョセフソン接合３が形成されている第１超電導層ＤＬ２が、コンタクトホールＣ５を介して、第２超電導層ＵＬに形成され電極８ｃ（図１０Ａ参照）に接続する配線１７に接続されている。直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１３）では、２つのジョセフソン接合３が形成されている第１超電導層ＤＬ３が、コンタクトホールＣ６を介して、第２超電導層ＵＬに形成され電極８ｃ（図１０Ａ参照）に接続する配線１８に接続されている。直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１４）では、２つのジョセフソン接合３が形成されている第１超電導層ＤＬ４が、コンタクトホールＣ７を介して、第２超電導層ＵＬに形成され電極８ｃ（図１０Ａ参照）に接続する配線１９に接続されている。
【００７７】
直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）が選択され、トリミング配線６が切断されても、さらに、４つの直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）の中から、用途にあった直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）を選択し、使用する必要がある。そして、選択した直結型ＳＱＵＩＤを使用するには、選択した直結型ＳＱＵＩＤに接続する配線１６〜１９に接続する電極８ｃに、外部計測器を接続すればよい。
【００７８】
第３の実施形態によれば、１つの高温超電導磁気センサで、感度面で有利な集積型ＳＱＵＩＤと、磁束トラップが起こりにくくダイナミックレンジが広い直接結合型ＳＱＵＩＤとを、利用用途に応じて、選択し使用することができる。汎用性のある高温超電導磁気センサを提供できる。
【００７９】
（第４の実施形態）
図１１Ａに、本発明の第４の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）周辺の平面図を示し、図１１Ｂに、図１１Ａの集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）周辺の拡大図を示す。図１１Ａでは、トリミング配線６が未切断の状態を示している。第４の実施形態でも、異なる構造のＳＱＵＩＤ素子である集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）と、直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１）を混載した場合について述べる。
【００８０】
第４の実施形態の高温超電導磁気センサ１は、第２の実施形態の高温超電導磁気センサ１をベースとして、その第２の実施形態の高温超電導磁気センサ１の配線１１の間に、第３の実施形態の直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１）のＳＱＵＩＤインダクタ４１を直列にしたものと考えることができる。配線１１は集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）の入力コイル（第１入力コイル）５に接続し、配線１１に接続するＳＱＵＩＤインダクタ４１は、直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１）の入力コイル（第２入力コイル）５１を兼ねているので、入力コイル（第１入力コイル）５と入力コイル（第２入力コイル）５１とは直列に接続していると考えることができる。この直列接続は、一端が、配線１１を介して検出コイル７に接続し、もう一端が、コンタクトホールＣ１から配線１２を介して検出コイル７に接続している。これらのことから、入力コイル５と入力コイル５１と検出コイル７とで磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１が形成されている。
【００８１】
この直列接続は、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）だけでなく、他の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に設けてもよい。第４の実施形態の高温超電導磁気センサ１も、第２の実施形態で説明した製造方法により作製可能である。
【００８２】
第４の実施形態によれば、選択によりトリミング配線６を切断しても、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１等）と直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１等）の両方が使用可能になっているので、対応する電極８ａ〜８ｃを切り替えるだけで、広範囲にわたる高精度な磁気信号計測が可能となる。
【００８３】
また、第４の実施形態においては、入力コイル５と入力コイル５１と検出コイル７とで磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１が形成されていれば、トリミング配線６は必要ないのである。トリミング配線６がなくても、電極８ａ〜８ｃを切り替えることで、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）と直結型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１１）の選択・使用ができるからである。
【００８４】
（第５の実施形態）
図１２Ａに、本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ（グラジオメータ構造）１の平面図を示す。図１２Ａでは、トリミング配線６（６１、６２）が未切断の状態を示している。第５の実施形態では、本発明をグラジオメータに適用した場合について述べる。第５の実施形態でも、構成要素は、第１〜第４の実施形態と一致しており、できるだけ同じ符号を付して、説明を省略するとともに、その理解を容易にしている。
【００８５】
高温超電導磁気センサ（グラジオメータ構造）１では、複数（図１２Ａでは２つ）の集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）が、直列に接続され、その直列接続が、平面型一次微分検出コイル（検出コイル）７に直列に接続されている。
【００８６】
平面型一次微分検出コイル（検出コイル）７は、左右２つの検出コイル（第１検出コイル）７１（７）と検出コイル（第２検出コイル）７２（７）で形成されている。左右２つの検出コイル７１（７）と検出コイル７２（７）は、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）の入力コイル５を中にして、互いに対向するように配置されている。
【００８７】
左側の検出コイル７１（７）は、上側の検出コイル中央上下部７３（７）と、コンタクトホールＣ８と、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）の入力コイル５と、検出コイル中央部７４（７）と、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の入力コイル５と、コンタクトホールＣ８と、下側の検出コイル中央上下部７３（７）を順に経由して磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１１（Ｌ１）を形成している。同様に、右側の検出コイル７２（７）は、上側の検出コイル中央上下部７３（７）と、コンタクトホールＣ８と、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）の入力コイル５と、検出コイル中央部７４（７）と、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の入力コイル５と、コンタクトホールＣ８と、下側の検出コイル中央上下部７３（７）を順に経由して磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１２（Ｌ１）を形成している。
【００８８】
集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）（の入力コイル５）の左右両側には、トリミング配線６１（６）と６２（６）が設けられている。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）（の入力コイル５）の検出コイル７１（７）の側には、トリミング配線（第１トリミング配線）６１（６）が設けられ、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）（の入力コイル５）の検出コイル７２（７）の側には、トリミング配線（第２トリミング配線）６２（６）が設けられている。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）（の入力コイル５）の左右両側にも、トリミング配線６１（６）と６２（６）が設けられている。集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）（の入力コイル５）の検出コイル７１（７）の側には、トリミング配線（第１トリミング配線）６１（６）が設けられ、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）（の入力コイル５）の検出コイル７２（７）の側には、トリミング配線（第２トリミング配線）６２（６）が設けられている。トリミング配線６１（６）と６２（６）は、検出コイル中央上下部７３（７）と検出コイル中央部７４（７）の間を接続している。これにより、検出コイル中央上下部７３（７）と検出コイル中央部７４（７）の間で、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）（の入力コイル５）とトリミング配線６１（６）と６２（６）とは、並列に接続されている。すなわち、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）（の入力コイル５）の両端は、トリミング配線６１（６）と６２（６）のそれぞれによって、短絡されていることがわかる。なお、トリミング配線６１（６）と６２（６）が、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）の左右両側に設けられているのは、左右の検出コイル７１（７）と７２（７）の幾何学的バランスを保つためである。また、電極８ａ、８ｂも前記の幾何学的バランスを保つように配置している。
【００８９】
左側の検出コイル７１（７）は、上側の検出コイル中央上下部７３（７）と、上側のトリミング配線６２（６）と、検出コイル中央部７４（７）と、下側のトリミング配線６２（６）と、下側の検出コイル中央上下部７３（７）を順に経由して、トリミング配線側の閉ループＬ２１（Ｌ２）を形成している。同様に、右側の検出コイル７２（７）は、上側の検出コイル中央上下部７３（７）と、上側のトリミング配線６１（６）と、検出コイル中央部７４（７）と、下側のトリミング配線６１（６）と、下側の検出コイル中央上下部７３（７）を順に経由して、トリミング配線側の閉ループＬ２２（Ｌ２）を形成している。
【００９０】
入力コイル５は、図１２Ｂと図１２Ｃに示すようにマルチターン構造を有しているので、入力コイル５のインダクタンスＬiは、トリミング配線６のインダクタンスＬｗよりも十分に大きくなっている（Ｌｗ＜＜Ｌi）。これにより、検出コイル７１（７）と７２（７）に遮蔽電流Ｉｐが生じると、遮蔽電流Ｉｐは、トリミング配線６１、６２（６）を経由するトリミング配線側の閉ループＬ２１とＬ２２（Ｌ２）を主に流れ、入力コイル５を経由する磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）Ｌ１１とＬ１２（Ｌ１）を殆んど流れない。以上により、それぞれの閉ループＬ２１とＬ２２に鎖交した磁束の差に相当する遮蔽電流Ｉｐが、検出コイル中央部７４（７）を流れることになる。
【００９１】
集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１）とその入力コイル５は、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）とその入力コイル５に対して、線対称な構造になっている。
【００９２】
図１２Ｂと図１２Ｃとに、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）周辺の拡大図を示す。ＳＱＵＩＤインダクタ４のスリット４ａ内には、引き出し配線５ｃが形成されている。引き出し配線５ｃの一端は、コンタクトホールＣ１を介して、入力コイル５の内終端に接続している。引き出し配線５ｃのもう一端は、配線１３に接続することなく絶縁されて配線１３の下を通って、検出コイル中央部７４（７）に接続している。入力コイル５の外終端は、配線１１とコンタクトホールＣ８を介して下側の検出コイル中央上下部７３（７）に接続されている。配線１１は、配線１４に接続することなく絶縁されて配線１４の上を通っている。これらにより、検出コイル中央部７４（７）と検出コイル中央上下部７３（７）の間に、入力コイル５が接続されていることがわかる。また、第２の実施形態とは異なり、入力コイル５は、ＳＱＵＩＤインダクタ４には接続していないことがわかる。
【００９３】
図１３に、本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１の等価回路図を示す。図１３では、トリミング配線６１、６２（６）が未切断の状態を示している。入力コイル５は、ＳＱＵＩＤインダクタ４に磁気結合しており、接続していないことがわかる。
【００９４】
図１４と図１５に、本発明の第５の実施形態に係る高温超電導磁気センサ１で、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）に磁気結合する入力コイル５の両端を短絡している２つのトリミング配線６１（６）と６２（６）を切断したものを示す。２つのトリミング配線６１（６）と６２（６）の切断された後には、切断部６ａが生じている。この切断により、検出コイル中央部７４（７）を流れるそれぞれの閉ループＬ２１とＬ２２に鎖交した磁束の差に相当する遮蔽電流Ｉｐが、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）の入力コイル５に流れ込むようになり、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ２）により検出されることになる。なお、２つのトリミング配線６１（６）と６２（６）の両方を切断しているので、左右の検出コイル７１（７）と７２（７）の幾何学的バランスは保たれている。
【００９５】
また、この切断に先立って、集積型ＳＱＵＩＤ２（Ｄ１、Ｄ２）の測定と選択が行われるが、第２の実施形態と同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１      高温超電導磁気センサ
２      超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）
３      （ランプエッジ型）ジョセフソン接合
４      ＳＱＵＩＤインダクタ
４ａ    スリット
５      入力コイル
５ａ    引き出し配線
６      トリミング配線
６ａ    除去されたトリミング配線（切断部）
７      検出コイル
８ａ、８ｂ、８ｃ  電極
９      リング
９ａ    スリット
１１〜１９  配線
２１    基板
２１ａ  MgO基板
２１ｂ  配向制御バッファー層
２１ｃ  黒色均熱層
２１ｄ  下部絶縁層
２２    層間絶縁層（絶縁層）
２３    金電極層
６１    第１トリミング配線
６２    第２トリミング配線
７１    第１検出コイル
７２    第２検出コイル
Ｃ１〜Ｃ７  コンタクトホール
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４  超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２  磁束トランス（入力コイル側の閉ループ）
Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２  トリミング配線側の閉ループ
ＤＬ    第１超電導層
ＵＬ    第２超電導層
Ｗ０    リングの幅（検出コイルにおける）
Ｗ１    リングの幅（トリミング配線における）
【図１Ａ】
0005608067.tif 000003
【図１Ｂ】
0005608067.tif 000004
【図２Ａ】
0005608067.tif 000005
【図２Ｂ】
0005608067.tif 000006
【図３】
0005608067.tif 000007
【図４】
0005608067.tif 000008
【図５】
0005608067.tif 000009
【図６】
0005608067.tif 000010
【図７】
0005608067.tif 000011
【図８Ａ】
0005608067.tif 000012
【図８Ｂ】
0005608067.tif 000013
【図９】
0005608067.tif 000014
【図１０Ａ】
0005608067.tif 000015
【図１０Ｂ】
0005608067.tif 000016
【図１１Ａ】
0005608067.tif 000017
【図１１Ｂ】
0005608067.tif 000018
【図１２Ａ】
0005608067.tif 000019
【図１２Ｂ】
0005608067.tif 000020
【図１２Ｃ】
0005608067.tif 000021
【図１３】
0005608067.tif 000022
【図１４】
0005608067.tif 000023
【図１５】
0005608067.tif 000024