(57)【要約】【課題】外来磁気検出用センサや補正回路が不要であり、それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る超伝導磁気センサを提供する。【解決手段】ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２），シャント抵抗（３），ダンピング抵抗（４）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤセンサ（１０）を、複数個、１枚の半導体基板（１１）上に２次元配列して形成すると共に、ＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）の配列を囲むように超伝導材料からなる超伝導リング（２０）を形成する。【効果】超伝導磁気センサ（１００）それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る。外来磁気検出用センサや補正回路が不要になり、構成が簡単になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）を、超伝導材料からなる超伝導リング（２０）で囲んだことを特徴とする超伝導磁気センサ（１００）。
【請求項２】
ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）を、複数個、１枚の半導体基板（１１）上に１次元または２次元配列して形成すると共に、前記ＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）の配列を囲むように超伝導材料からなる超伝導リング（２０）を形成したしたことを特徴とする超伝導磁気センサ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導磁気センサに関し、さらに詳しくは、外来磁気検出用センサや補正回路が不要であり、それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る超伝導磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微弱磁気を測定する測定用センサとは別に、外来磁気検出用センサを設け、測定用センサの出力を外来磁気検出用センサの出力で補正して外来磁気の影響を排除する微弱磁気測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、基板上に、磁場印加コイルと、ワッシャコイルと、ジョセフソン接合と、フィードバックコイルとを含むＳＱＵＩＤを形成したＳＱＵＩＤ磁束計が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
他方、超伝導リングが外部磁気を内部に通さないことが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４３７２２号公報
【特許文献２】特開平９−１４５８１０号公報
【非特許文献１】インターネット＜ＵＲＬ：http://www.yokogawa.co.jp/me/meg/whatmeg/me-squid-ja.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の微弱磁気測定装置では、外来磁気検出用センサや補正回路が必要であり、構成が複雑になる問題点がある。
また、上記従来のＳＱＵＩＤ磁束計では、それ自体では外来磁気の影響を排除することが出来ない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、外来磁気検出用センサや補正回路が不要であり、それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る超伝導磁気センサを提供することにある。
なお、上記非特許文献１に記載の超伝導リングは、ＳＱＵＩＤ磁束計の原理を説明するための仮想物であって、実在物ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点では、本発明は、ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）を、超伝導材料からなる超伝導リング（２０）で囲んだことを特徴とする超伝導磁気センサ（１００）を提供する。
上記第１の観点による超伝導磁気センサ（１００）では、ピックアップコイル（１）〜フィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）を超伝導リング（２０）で囲んでいるが、超伝導リング（２０）は外部磁気を内部に通さないため、外来磁気がピックアップコイル（１）を通らない。従って、超伝導磁気センサそれ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、ピックアップコイル（１），ジョセフソン接合（２）およびフィードバックコイル（５）を含むＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）を、複数個、１枚の半導体基板（１１）上に１次元または２次元配列して形成すると共に、前記ＳＱＵＩＤ磁場センサ（１０）の配列を囲むように超伝導材料からなる超伝導リング（２０）を形成したしたことを特徴とする超伝導磁気センサ（１００）を提供する。
上記第２の観点による超伝導磁気センサ（１００）では、複数のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）の配列を、超伝導リング（２０）で囲んでいるが、超伝導リング（２０）は外部磁気を内部に通さないため、外来磁気がＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）の配列を通らない。従って、超伝導磁気センサそれ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る。また、一つの超伝導リング（２０）だけで複数のＳＱＵＩＤ磁気センサ（１０）に対する外来磁気の影響を排除することが出来る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の超伝導磁気センサによれば、外来磁気検出用センサや補正回路が不要であり、それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１に係る超伝導磁気センサ１００を示す概念図である。
この超伝導磁気センサ１００は、１枚の半導体基板１１上に、９個の独立したＳＱＵＩＤ磁気センサ１０を２次元配列して形成する（つまり、９チャンネルの磁気センサ）と共に、ＳＱＵＩＤ磁場センサ１０の配列を囲むように超伝導材料からなる超伝導リング２０を形成したものである。
【００１０】
一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０は、ピックアップコイル１と、ジョセフソン接合２，２’と、シャント抵抗３，３’と、ダンピング抵抗４と、フィードバックコイル５から構成されたＳＱＵＩＤマグネトメータである。
【００１１】
半導体基板１１は、１０ｍｍ×１０ｍｍのＳｉチップである。
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０のピッチは、２.７５ｍｍである。５ｍｍ以下が望ましい。
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の磁束密度分解能は、１０fT/√Hzである。１００fT/√Hz以下が望ましい。
【００１２】
図２は、超伝導磁気センサ１００の平面図である。
一つのピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイルを全体として円形状になるように配置して形成されている。
一つのフィードバックコイル５は、セクタ形コイルであり、ピックアップコイル１の１個のセクタ形コイルとオーバーラップして形成されている。
超伝導リング２０は、各ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０とパッド１２の間の配線パターンの邪魔にならないように、パッド１２の外側に形成されている。
【００１３】
この超伝導磁気センサ１００は、フリップチップで別の基板に接続可能になっている。
【００１４】
図３は、一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の集積構造図である（配線パターンは省略）。
ピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイル１ａを、全体として円形状になるように配置し、且つ、並列接続して、形成されている。
【００１５】
図４は、一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の回路図である。
ピックアップコイル１は、同形の６個のセクタ形コイル１ａを全体として円形状になるように配置し且つ並列接続して形成されている。
パッド１２への配線パターン１３，１４は、往路と復路をなるべくオーバーラップして形成されている（特に、ＳＱＵＩＤ磁気センサの２次元配列中を通る配線パターン）。これは配線パターン１３，１４を通じてのクロストークを最小限にするためである。
【００１６】
実施例１に係る超伝導磁気センサ１００によれば、次の効果が得られる。
（１）超伝導磁気センサ１００それ自体で外来磁気の影響を排除することが出来る。従って、外来磁気検出用センサや補正回路が不要になり、構成が簡単になる。
（２）一つの超伝導リング２０だけで複数のＳＱＵＩＤ磁気センサ１０に対する外来磁気の影響を排除でき、この点でも構成が簡単になる。
（３）単一のＳｉチップに独立した複数のＳＱＵＩＤ磁気センサを集積しているので、５ｍｍ以下の小さいピッチで磁気測定点を設定可能になる。
（４）複数のセクタ形コイル１ａを並列接続しているので、ピックアップコイル１のインダクタンスを小さくすることが出来る。
（５）ピックアップコイル１を全体として円形状にしているので、隣り合うＳＱＵＩＤ磁気センサ１０間に隣接した平行辺がなく、クロストークを最小限にすることが出来る。
（６）パッド１２への配線パターンの往路と復路をなるべくオーバーラップさせているので、配線パターンを通じてのクロストークを最小限にすることが出来る。
（７）フリップチップで別の基板に接続可能になっているため、ボンディングによるクロストークを低減できる。
【実施例２】
【００１７】
図５および図６に示す超伝導磁気センサ２００のように、超伝導リング２０をパッド１２の内側に且つ各ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０とパッド１２の間の配線パターンの邪魔にならないように半導体基板１１の裏側に形成してもよい。
【実施例３】
【００１８】
図７および図８に示す超伝導磁気センサ３００のように、超伝導リング２０をパッド１２の内側に且つ各ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０とパッド１２の間の配線パターンの邪魔にならないように配線パターンを絶縁層２１で覆った上に形成してもよい。
【実施例４】
【００１９】
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０は、Ketchen型と呼ばれるものでもよい。
【実施例５】
【００２０】
ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０を１次元配列としてもよい。また、１個だけとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の超伝導磁気センサは、脳磁や心磁の測定に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る超伝導磁気センサの構成を示す概念図である。
【図２】実施例１に係る超伝導磁気センサの平面図である。
【図３】ＳＱＵＩＤ磁気センサの集積構造図である。
【図４】ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０の回路図である。
【図５】実施例２に係る超伝導磁気センサの構成を示す概念図である。
【図６】実施例２に係る超伝導磁気センサの平面図である。
【図７】実施例３に係る超伝導磁気センサの構成を示す概念図である。
【図８】実施例３に係る超伝導磁気センサの平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１                          ピックアップコイル
２，２’                    ジョセフソン接合
３，３’                    シャント抵抗
４                          ダンピング抵抗
５                          フィードバック抵抗
１０                        ＳＱＵＩＤ磁気センサ
１１                        半導体基板
１２                        パッド
１３，１４                  配線パターン
２０                        超伝導リング
１００，２００，３００      超伝導磁気センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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