JPH02114575A - 超電導積層膜磁気抵抗素子 - Google Patents

超電導積層膜磁気抵抗素子

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JPH02114575A
JPH02114575A JP63268586A JP26858688A JPH02114575A JP H02114575 A JPH02114575 A JP H02114575A JP 63268586 A JP63268586 A JP 63268586A JP 26858688 A JP26858688 A JP 26858688A JP H02114575 A JPH02114575 A JP H02114575A
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JP
Japan
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film
ceramic superconductor
films
superconductor
ceramic
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JP63268586A
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Eizo Ono
大野 栄三
Hideo Nojima
秀雄 野島
Masaya Osada
昌也 長田
Shuhei Tsuchimoto
修平 土本
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0352Superconductive magneto-resistances
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
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    • H10N60/203Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、粒界の作用で微弱な磁界も測定できるセラミ
ック超電導膜を積層構成にした超電導磁気抵抗素子に関
するものである。
〈従来の技術〉 従来、磁界の検出・測定には、半導体、又は、磁性体の
磁気抵抗効果を用いる素子がよく使用されている。この
効果のなかで高電子移動度の牛導体InSb、InAs
等の形状効果、強磁性体Fe −Ni(パーマロイ)、
Co−Ni等の配向効果を用いた素子が実用化されてい
る。なお、特に高感度な磁気センサとしは5QUID 
(超電導量子干渉デバイス)があり、更に、セラミック
超電導体などの粒界の効果による磁気抵抗効果を利用し
た磁気センサが提案されている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の磁気抵抗効果を用いた素子は、素子に一定電流工
を流して、測定する磁界Hの強さを変えたとき素子の抵
抗Rの変化が、第4図のように磁界Hの増加の2次曲線
に沿って増加した。従って、測定する磁界が弱いときは
、磁界の変化に対する素子の抵抗Rの変化率が小さいた
め、弱い磁界の測定精度が悪くなっていた。
一方、SQU I Dは、10  ガウスの弱磁界も測
定できる極めて高い感度をもっているが、超電導体に極
薄絶縁膜を介在させたジョセフソン素子を組み込んだ構
成であり、ジョセフソン素子の作製に高度な技術を要す
ることから作製が難しく、かつ、5QUIDの出力レベ
ルが低いことから、その使用も簡便ではなかったつ セラミック超電導体の粒界の特性を利用する磁気センナ
は、超電導体粒子の粒界が極く薄い絶縁膜、又は、常電
導膜を介在した接合か、粒界がポイント状の弱結合など
で結合した粒子の集合体を用いるもので、このようなセ
ラミック超電導体は、弱い磁界の印加によっても、その
粒界部分から超電導状態が壊れて常電導状態になり突発
的に電気抵抗をもつようになる特徴がある。
セラミック超電導体磁気センサを、従来の粉末焼結法で
作製し、特性を示したのが、第5図である。この図に示
したように弱い磁界で、その粒界の超電導状態が壊れ出
すと、磁界の強さの増加に対して素子の抵抗が急速に大
きくなっている。これは、このセンサか弱い磁界でも感
度は高いことを示すものである。
このセラミック超電導体磁気センナの感度は粒界から発
生する抵抗で決まるので、その実効的な直列粒界の数に
よって高くできる。従って、その粒径を小さくし、粒界
を増加することで、磁気センサを高感度にすることがで
きる。
本発明の超電導体積層膜磁気センサは、直列の粒界を増
加させる素子構造により、上記の問題点を解決するもの
で、特性の良いセンサの構成が容易な工程で得られるも
のである。
く問題点を解決するための手段〉 本発明は、セラミック超電導体積層膜構造にして磁気セ
ンサの高感度化を計るものである。
本発明の基本構造は図1のように、セラミック超電導体
膜6と電気的絶縁膜7が交互に積み重なっており、各超
電導体層6は図1のように折り返し構成で電気的に直列
接続されているものである。
セラミック超電導体膜の各層は最適成膜条件により作製
されており、結晶粒子が小さく、粒界の制御性がよくほ
ぼ均一な、高感度のセラミック超電導体膜磁気センサと
しての特性を有しており、外部からの磁界の印加により
、そのセンサの抵抗は急速に大きくなり、センサに電流
を流しているときには、この磁界を印加された超電導体
膜には上記抵抗に比例した電圧が発生する。上記特性を
有するセラミック超電導体膜を図1のように折シ返しの
電気的直列接続を形成するように積層することにより、
直列粒界の数が増加、又は、磁界を印加したときにセラ
ミック超電導体の各層に発生する電圧は加算により大き
な出力電圧となるため、より微弱な磁界を高感度で検知
することが可能となる。さらに、セラミック超電導体と
して、酸化物高温超電導体を使用する場合は、その酸化
物高温超電導体を元素置換や化学量論組成からずらすこ
とにより、その結晶格子定数はほとんど変化しないで、
その超伝導特性が低下し電気的に絶縁物の物性を有する
ことから、第1図に示されているセラミック超電導体膜
間に介在する絶縁膜として利用することができ、上記超
電導体膜と絶縁膜との格子定数の不整合が極めて小さい
ため剥離などの生じない良質の多層膜構造を作製するこ
とができる。
く作 用〉 粒界の弱結合によシ、弱い磁界によっても超電導状態が
壊れて電気抵抗をもつセラミック超電導体膜を、絶縁膜
と交互に積層構成にした上、電気的に直列接続して使用
することにより、積層数に比例して実質のセラミック超
電導体膜の長さが長くなり、同一の基板の大きさで、測
定磁界に対して大きい発生抵抗をもつ磁気センサを構成
することができる。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例を図面によって詳細に説明する。
本実施例においては、本発明の特徴であるセラミック超
電導体積層膜構造を実現するために、特願昭62−33
3592に詳細に述べられているスプレーパイロリシス
法を用いる。しかし、積層膜構造の作製方法は以下に述
べるスプレーパイロリシス法に限定するものではなく、
他の、スパタリング法、CVD法などの薄膜作製法によ
っても可能である。
本実施例で用いた原料は、Y(NO3)3・6H20、
Ba(NO3)z、Cu (NO3) 2 ・3H20
及び、Zn(NO3)・6H20である。これらを目的
の組成になるよう秤量し、各成分が充分溶解する量の純
水で溶解した上、第2図で示されている1気圧の空気中
でのスプレーパイロリシス法で、本発明のセラミック超
電導体積層膜を作製した。
上記のようにして作った硝酸塩溶液4をスプレー装置の
容器3に入れ充分に攪拌しながら、少量ずつ、スプレー
ガン2から圧縮空気5によって、加熱用ランプ23によ
り加熱された基板1に噴き付けることによりスプレー成
分の分解と酸化でセラミックを成膜する。本発明の積層
膜構造の作製プロセスは第3図の(a)から(e)に示
されている。最初に、第3図の(a)のように、Y、B
a及びCuの硝酸塩を所定の組成比(Y+Ba2Cua
)になるように秤量し純水に溶解した液を上記のスプレ
ー法により、300℃から600℃の間に加熱された安
定化ジルコニアの結晶基板1今(幅5 m 、長さ20
、、)に噴き付け、その後、空気中で900℃から10
00℃の間で加熱し、Y+BazCu30yのセラミッ
ク超電導体膜20を作製する。次に、第3図の(b)の
ように、上記工程で作製したセラミック超電導体膜の右
側の一端と、以下の工程で常にマスクする左側の一部を
マスク21で覆った状態で、YN Ba % Cu及び
Znの硝酸塩を、液体窒素温度での電気抵抗が数MQ以
上の大きさを持つような膜の組成比(Y+ B a 2
 Cu 2J Z n O,5)になるように秤量し純
水に溶解した液を上記のスプレー法により噴き付けるこ
とにより絶縁膜22を作製する。次に、第3図の(c)
のように、マスクを取り除き、第3図の(a)で示され
ている工程と同様にしてセラミック超電導体膜を作製す
る。次に、第3図の(d)のように、上記工程で作製し
たセラミック超電導体膜の同図の(b)と反対側の一端
をマスクで覆った状態で、第3図の(b)の場合と同様
にしY+Ba2Cu2.5Zno、sOyての絶縁膜を
作製する。次に、第3図の(e)のように、図示したマ
スクを取り除き、第3図の(a)で示されている工程と
同様にしてセラミック超電導体膜を作製する。以下、上
記の工程(b)から(e)及び(a)で示した工程を繰
り返し行うことにより、セラミック超電導体積層膜構造
を作製した。上記の工程により作製された各セラミック
超電導体膜は互いに電気的に直列接続されており、上記
超電導体膜と絶縁膜の格子定数、及び、その熱膨張係数
はほぼ同じであり、格子不整合による歪みがなく、層間
の剥離などが生じない良質の積層膜構造ができた。
以上のようにして作製された積層構造を有するセラミッ
ク超電導体膜に第1図で概要を示しであるように、電流
電極8と12、及び、電圧電極9と13iチタン(Ti
)によって作製し、そこに銀ペーストで電流リード11
1!10.15、電圧リード線11.14を接続して、
それぞれの電流型圧電極を定電流源16と出力電圧測定
装置1含と接続した。
以上のように測定用の接続したセラミック超電導体膜を
、液体窒素(77K)温度に冷却した上、測定した結果
を示したのが第6図である。
第6図は、第3゛図で説明した工程により電気的絶縁体
を介してセラミック超電導体膜が10層積み重ねられて
いる場合の本発明の特性を示している。セラミック超電
導体膜の1層の膜厚は10μmであり、印加した測定電
流は1mAである。第7図には、第3図(a)と同様の
工程で本発明との比較のために作製された1層だけのセ
ラミック超電導体膜の特性が示されている0膜厚は10
 Amで測定電流は1mAである。第6図と第7図を比
較すると分かるように、セラミック超電導膜に水平に印
加した磁界が100エルステツドのとき、本発明の磁気
センサは測定電流1mAで検出電圧が約14mVにな)
、その抵抗値は、14Ωであった。
一方、第7図に示されているように、1層のセラミック
超電導体膜の特性は、測定電流1mAで検出電圧が1.
4mVになり、その抵抗値は1.40である。以上で説
明したように本発明の実施例による磁気センサは、従来
の1層だけのセラミック超電導体膜による磁気センサの
10倍の出力を示し、高感度化がはかれたことが分かる
以上は、Y−Ba−Cu−0系のセラミックスによる超
電導体の磁気センサについて説明したが、これはY−B
a−Cu−0系に限られるものでなく、粒界を構成する
セラミック超電導体であれば、Bi −8r−Ca  
Cu−0系、 Tl−Ba−Ca−Cu−0系などにも
この本発明を適用することができる。
作製したセラミック超電導体膜は、薄くするほど感度は
高くなるが、その厚さを0.1μm以下にしたときは成
膜後の熱処理による粒子の不規則な成長のためか、セラ
ミック超電導膜の特性が一定にならなかった0また、セ
ラミック超電導膜250μm以上にすると、粒子の成長
で、表面の平滑性が悪くなり、又、感度も悪くなった0
更に、本発明の積層構造の磁気センサに使用する絶縁膜
も実施例のようにセラミック超電導体の構成元素を置換
したY+BazCu2.5Zno、sOyのような構成
に限られるのでなく、セラミック超電導体を構成する元
素の組成比を変えることによっても本発明の積層構成に
適した絶縁性のセラミック超電導膜を作製することがで
きる。
本発明の超電導体膜の形状は、第1図、又は第3図で示
した実施例の形状に限定されることなく、例えば更に、
ホトリソグラフ法などと、エツチング技術、又は、マス
クの利用などにより、超電導体膜の各層を第8図に示さ
れているようなジグザグ形状に加工することにより、直
列の粒界の数をさらに増加させることができ、よりいっ
そうの高感度化が図ることもできる。
以上から、本発明による積層構造を有するセラミック超
電導体膜の磁気抵抗素子により弱い磁界に対しても優れ
た感度特性を有し、かつ、極めて低い消費電力で動作す
る磁気センサを得ることができた。
〈発明の効果〉 本発明は、高感度のセラミック超電導体の磁気抵抗素子
による磁気センサにするため、セラミック超電導体膜の
積層構造にし、各層を電気的に直列接続することにより
、直列の粒界の数を増加させて、磁界を印加により発生
する抵抗を大きくしている。この発明により、膜状に構
成することで高感度になったセラミック超電導体磁気抵
抗素子の磁気センサを、更に、高感度化すること、又は
、その磁気センナの小型化を計ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超電導体積層膜磁気センサの一実施例
を示した斜視図、第2図はスプレーノくイロリシスによ
る成膜装置の概要構成図、第3図は本発明の超電導体積
層膜磁気抵抗素子の製作工程の一例を示した図、第4図
は半導体、磁性体の磁気抵抗素子の磁気検出特性を示し
た概要図、第5図は粉末焼成法による超電導体磁気抵抗
素子の磁気検出特性の一例を示した図、第6図は、本発
明のセラミック超電導体積層膜磁気センサの磁気検出特
性の一例を示した図。第7図は、セラミック超電導体膜
の一層のみの場合の磁気検出特性の一例を示した図。第
8図は、セラミック超電導体膜をジグザグ形状に加工し
たときの1例を示した図である。 1は基板、2はスプレーガン、3はスプレー液容器、4
は原料の水溶液、5は圧縮空気のホース、6はセラミッ
ク超伝導体膜、7は電気的絶縁膜、8と12は電流電極
、9と13は電圧電極、10と15は電流リード線、1
1と14は電圧リード線、16は定電流源、17は出力
電圧測定器、18と19は基板、20はセラミック超電
導体膜、21はマスク、22は絶縁体膜、23は加熱用
ランプ、24は測定する磁界である。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)(C) (d) 第8図 10e

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、粒界をもち、印加電流の強さにより測定する磁界に
    対応する発生抵抗の大きさが変わる、磁気抵抗効果をも
    つセラミック超電導体膜と、電気的に絶縁性の膜とを、
    交互に積層し、前記積層したセラミック超電導体膜を電
    気的に直列接続して、その両端に電極を設けたことを特
    徴とする超電導積層膜磁気抵抗素子。 2、前記セラミック超電導体膜は、膜厚が0.1μm乃
    至50μmであることを特徴とする請求項1記載の超電
    導積層膜磁気抵抗素子。 3、前記電気的絶縁膜が、積層する前記セラミック超電
    導体膜の組成元素の置換又は、元素の組成比を変えるこ
    とにより動作状態で、絶縁性の特性をもつ膜にしたこと
    を特徴とする請求項1又は2記載の超電導積層膜磁気抵
    抗素子。
JP63268586A 1988-10-24 1988-10-24 超電導積層膜磁気抵抗素子 Pending JPH02114575A (ja)

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DE68916170T DE68916170T2 (de) 1988-10-24 1989-10-24 Supraleitende magneto-resistive Einrichtung mit laminierten supraleitenden keramischen Filmen.
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