JPH0745876A - dc−SQUID素子 - Google Patents
dc−SQUID素子Info
- Publication number
- JPH0745876A JPH0745876A JP5183845A JP18384593A JPH0745876A JP H0745876 A JPH0745876 A JP H0745876A JP 5183845 A JP5183845 A JP 5183845A JP 18384593 A JP18384593 A JP 18384593A JP H0745876 A JPH0745876 A JP H0745876A
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- Japan
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- thin film
- barrier layer
- laminated
- superconductor thin
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダンピング抵抗の作成のための特別の工程が
不要で、しかもダンピング抵抗の追加による素子の層数
増も生じることなく、共振による素子特性の劣化の少な
い高性能のdc−SQUID素子を提供する。 【構成】 ループ状の第1の超伝導体薄膜電極1に対
し、2箇所でバリア層2を介して第2の超伝導体薄膜電
極3が積層され、その積層部で第1と第2の超伝導体薄
膜電極1と2が互いにジョセフソン接合された素子にお
いて、バリア層2を2箇所の積層部間で連続するように
一体形成し、かつ、このバリア層2にダンピング抵抗と
して機能する抵抗値を持たせた構造とする。
不要で、しかもダンピング抵抗の追加による素子の層数
増も生じることなく、共振による素子特性の劣化の少な
い高性能のdc−SQUID素子を提供する。 【構成】 ループ状の第1の超伝導体薄膜電極1に対
し、2箇所でバリア層2を介して第2の超伝導体薄膜電
極3が積層され、その積層部で第1と第2の超伝導体薄
膜電極1と2が互いにジョセフソン接合された素子にお
いて、バリア層2を2箇所の積層部間で連続するように
一体形成し、かつ、このバリア層2にダンピング抵抗と
して機能する抵抗値を持たせた構造とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は生体磁界計測や地磁気計
測等の、極微小磁界計測用のセンサとして用いられるd
c−SQUID素子に関し、更に詳しくは、2つの超伝
導体薄膜がバリア層を介して相互に積層されることによ
り、超伝導ループ中に2つのジョセフソン接合部が形成
された構造のdc−SQUID素子に関する。
測等の、極微小磁界計測用のセンサとして用いられるd
c−SQUID素子に関し、更に詳しくは、2つの超伝
導体薄膜がバリア層を介して相互に積層されることによ
り、超伝導ループ中に2つのジョセフソン接合部が形成
された構造のdc−SQUID素子に関する。
【0002】
【従来の技術】極微小磁界を計測するためのdc−SQ
UIDにおいては、一般に、超伝導リング中に2つのジ
ョセフソン接合部を持つdc−SQUID素子と、その
駆動回路、被測定磁界を拾うためのピックアップコイ
ル、そのピックアップコイルに接続され、かつ、dc−
SQUID素子と磁気的に結合されたインプットコイ
ル、および、駆動回路に接続され、かつ、dc−SQU
ID素子に結合された変調用コイル等によって構成され
る。
UIDにおいては、一般に、超伝導リング中に2つのジ
ョセフソン接合部を持つdc−SQUID素子と、その
駆動回路、被測定磁界を拾うためのピックアップコイ
ル、そのピックアップコイルに接続され、かつ、dc−
SQUID素子と磁気的に結合されたインプットコイ
ル、および、駆動回路に接続され、かつ、dc−SQU
ID素子に結合された変調用コイル等によって構成され
る。
【0003】dc−SQUID素子としては準平面型接
合をはじめとするウィークリンク型の素子や、トンネル
接合型の素子が知られているが、このうち、準平面型接
合タイプおよびトンネル接合タイプのものでは、通常、
2つの超伝導体薄膜電極をバリア層を介して相互に積層
し、その積層部分においてジョセフソン接合部を形成し
た構造を採る。
合をはじめとするウィークリンク型の素子や、トンネル
接合型の素子が知られているが、このうち、準平面型接
合タイプおよびトンネル接合タイプのものでは、通常、
2つの超伝導体薄膜電極をバリア層を介して相互に積層
し、その積層部分においてジョセフソン接合部を形成し
た構造を採る。
【0004】すなわち、この種のdc−SQUID素子
においては、図2に準平面型接合のdc−SQUIDの
平面図(A)およびそのA−A拡大断面図(B)を例示
するように、第1の超伝導体薄膜電極21をループ状に
パターニングするとともに、その電極21のループの上
方にバリア層22を形成し、そのバリア層22の上に第
2の超伝導体薄膜電極23を形成して、第1と第2の超
伝導体薄膜電極21と23の2箇所の積層部分におい
て、それぞれこれら両電極表面に跨がるように超伝導体
薄膜製のブリッジ24a,24bを形成して両電極間を
それぞれウィークに接合し、全体として超伝導リング中
に2箇所のジョセフソン接合部を持つ素子構造としてい
る。
においては、図2に準平面型接合のdc−SQUIDの
平面図(A)およびそのA−A拡大断面図(B)を例示
するように、第1の超伝導体薄膜電極21をループ状に
パターニングするとともに、その電極21のループの上
方にバリア層22を形成し、そのバリア層22の上に第
2の超伝導体薄膜電極23を形成して、第1と第2の超
伝導体薄膜電極21と23の2箇所の積層部分におい
て、それぞれこれら両電極表面に跨がるように超伝導体
薄膜製のブリッジ24a,24bを形成して両電極間を
それぞれウィークに接合し、全体として超伝導リング中
に2箇所のジョセフソン接合部を持つ素子構造としてい
る。
【0005】ここで、第1と第2の超伝導体薄膜電極2
1と23、およびブリッジ24a,24bの材質として
はNbが、また、バリア層22としては、Al薄膜を形成し
てその表面を酸化させて AlOX とした2層構造のもの等
が一般的に用いられている。
1と23、およびブリッジ24a,24bの材質として
はNbが、また、バリア層22としては、Al薄膜を形成し
てその表面を酸化させて AlOX とした2層構造のもの等
が一般的に用いられている。
【0006】このような素子の製造工程の一例を示す
と、まず、フォトレジストによるリフトオフを用いて、
第1の超伝導体薄膜電極21とその上方でこれと同形を
したAl-ALOX からなるバリア層22を作成する。その
後、第2の超伝導体薄膜電極23を同じくリフトオフ法
を用いて作成し、不要部分のバリア層22をエッチング
した後、ブリッジ24a,24bを作成する手順が一般
的である。
と、まず、フォトレジストによるリフトオフを用いて、
第1の超伝導体薄膜電極21とその上方でこれと同形を
したAl-ALOX からなるバリア層22を作成する。その
後、第2の超伝導体薄膜電極23を同じくリフトオフ法
を用いて作成し、不要部分のバリア層22をエッチング
した後、ブリッジ24a,24bを作成する手順が一般
的である。
【0007】一方、トンネル接合の素子においては、素
子構造としては図2におけるブリッジ24a,24bを
持たない構造であり、バリア層22によって第1と第2
の超伝導体薄膜電極21と23を2箇所でトンネル接合
した構造を採る。
子構造としては図2におけるブリッジ24a,24bを
持たない構造であり、バリア層22によって第1と第2
の超伝導体薄膜電極21と23を2箇所でトンネル接合
した構造を採る。
【0008】ところで、以上のようなdc−SQUID
においては、従来、素子中の超伝導リングの持つインダ
クタンスと接合部分におけるキャパシタンスによる共振
が、素子特性を劣化させることを防ぐため、ダンピング
抵抗(またはシャント抵抗)と呼ばれる抵抗25を素子
に付加することが一般に行われている。
においては、従来、素子中の超伝導リングの持つインダ
クタンスと接合部分におけるキャパシタンスによる共振
が、素子特性を劣化させることを防ぐため、ダンピング
抵抗(またはシャント抵抗)と呼ばれる抵抗25を素子
に付加することが一般に行われている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の積層タ
イプのdc−SQUID素子においては、素子製作後に
ダンピング抵抗25を形成するためための工程が別途必
要となるという問題がある。すなわち、前記した素子の
製造工程に加えて、抵抗25を形成するための成膜やパ
ターニング工程、および場合によっては絶縁層の追加等
の工程が必要となり、コストアップの原因となる。ま
た、素子の層数も増えるため、歩留りが低下するといっ
た問題もある。
イプのdc−SQUID素子においては、素子製作後に
ダンピング抵抗25を形成するためための工程が別途必
要となるという問題がある。すなわち、前記した素子の
製造工程に加えて、抵抗25を形成するための成膜やパ
ターニング工程、および場合によっては絶縁層の追加等
の工程が必要となり、コストアップの原因となる。ま
た、素子の層数も増えるため、歩留りが低下するといっ
た問題もある。
【0010】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、ダンピング抵抗の作成のための特別の工程が不
要で、しかも、ダンピング抵抗の追加による素子の層数
増も生じることなく、共振による素子特性劣化のない高
性能のdc−SQUID素子の提供を目的としている。
もので、ダンピング抵抗の作成のための特別の工程が不
要で、しかも、ダンピング抵抗の追加による素子の層数
増も生じることなく、共振による素子特性劣化のない高
性能のdc−SQUID素子の提供を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図1を参照しつつ説明す
ると、本発明のdc−SQUID素子は、ループ状に形
成された第1の超伝導体薄膜電極1が、その2箇所にお
いてバリア層2を介して第2の超伝導体薄膜電極3と相
互に積層され、その積層部で第1と第2の超伝導体薄膜
電極1と3とが互いにジョセフソン接合されてなる素子
において、バリア層2が上記した2箇所の積層部間で連
続するように一体形成され、かつ、このバリア層2はダ
ンピング抵抗として機能する所定の抵抗値を有している
ことによって特徴づけられる。
めの構成を、実施例図面である図1を参照しつつ説明す
ると、本発明のdc−SQUID素子は、ループ状に形
成された第1の超伝導体薄膜電極1が、その2箇所にお
いてバリア層2を介して第2の超伝導体薄膜電極3と相
互に積層され、その積層部で第1と第2の超伝導体薄膜
電極1と3とが互いにジョセフソン接合されてなる素子
において、バリア層2が上記した2箇所の積層部間で連
続するように一体形成され、かつ、このバリア層2はダ
ンピング抵抗として機能する所定の抵抗値を有している
ことによって特徴づけられる。
【0012】
【作用】準平面型接合のウィークリンクタイプのdc−
SQUID素子や、トンネル接合タイプのdc−SQU
ID素子においては、バリア層として、前記したように
Al-ALOX や、あるいはHf-HfOX 等の常伝導体−絶縁体
膜、あるいは常伝導体膜が用いられることが多い。本発
明はこの点を利用して、バリア層をダンピング抵抗と兼
用させることにより、所期の目的を達成しようとするも
のである。
SQUID素子や、トンネル接合タイプのdc−SQU
ID素子においては、バリア層として、前記したように
Al-ALOX や、あるいはHf-HfOX 等の常伝導体−絶縁体
膜、あるいは常伝導体膜が用いられることが多い。本発
明はこの点を利用して、バリア層をダンピング抵抗と兼
用させることにより、所期の目的を達成しようとするも
のである。
【0013】すなわち、第1と第2の超伝導体薄膜電極
1と3間に積層介在させるバリア層2を、2箇所の積層
部分間で連続した一体的な膜とすることにより、ループ
状の第1の超伝導体薄膜電極1のスリット部分がこのバ
リア層2を介して短絡されることになり、このバリア層
2を前記したようなAl-AlOX 等の材質の薄膜によって形
成することで適当な抵抗値を持たせることにより、ダン
ピング抵抗としての機能を持つことになる。
1と3間に積層介在させるバリア層2を、2箇所の積層
部分間で連続した一体的な膜とすることにより、ループ
状の第1の超伝導体薄膜電極1のスリット部分がこのバ
リア層2を介して短絡されることになり、このバリア層
2を前記したようなAl-AlOX 等の材質の薄膜によって形
成することで適当な抵抗値を持たせることにより、ダン
ピング抵抗としての機能を持つことになる。
【0014】
【実施例】図1は本発明実施例の平面図(A)およびそ
のA−A拡大断面図である。第1の超伝導体薄膜電極1
は基板10の表面にループ状に形成され、その両端部分
はスリット1aによって分離されている。そして、この
スリット1aを挟んだ第1の超伝導体薄膜電極1の両端
の上方には、スリット1aを横切る方向に、バリア層2
を介して第2の超伝導体薄膜電極3が積層形成されてい
る。
のA−A拡大断面図である。第1の超伝導体薄膜電極1
は基板10の表面にループ状に形成され、その両端部分
はスリット1aによって分離されている。そして、この
スリット1aを挟んだ第1の超伝導体薄膜電極1の両端
の上方には、スリット1aを横切る方向に、バリア層2
を介して第2の超伝導体薄膜電極3が積層形成されてい
る。
【0015】バリア層2は2層構造を持ち、下層がAlで
上層が AlOX であって、下層のAl層2aが第1の超伝導
体薄膜1の両端部分の双方の表面に接した状態でスリッ
ト1aを跨ぎ、その上方にはこのAl層2aと同形の AlO
X 層2bを介して第2の超伝導体薄膜電極3が積層され
た構造となっている。
上層が AlOX であって、下層のAl層2aが第1の超伝導
体薄膜1の両端部分の双方の表面に接した状態でスリッ
ト1aを跨ぎ、その上方にはこのAl層2aと同形の AlO
X 層2bを介して第2の超伝導体薄膜電極3が積層され
た構造となっている。
【0016】第1の超伝導体薄膜電極1とバリア層2お
よび第2の超伝導体薄膜電極3の2箇所の積層部には、
それぞれ第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3の双方の
表面に跨がるような超伝導体薄膜製のブリッジ4aおよ
び4bが形成されており、このブリッジ4aおよび4b
によって、第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3がウィ
ークに接合され、このような構造により、全体として超
伝導リング中に2箇所のジョセフソン接合部を持つdc
−SQUID素子が形成されている。なお、第1と第2
の超伝導体薄膜電極1と3、およびブリッジ4a,4b
の材質としては任意の超伝導体薄膜を用いることがで
き、例えばNb薄膜とすることができる。
よび第2の超伝導体薄膜電極3の2箇所の積層部には、
それぞれ第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3の双方の
表面に跨がるような超伝導体薄膜製のブリッジ4aおよ
び4bが形成されており、このブリッジ4aおよび4b
によって、第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3がウィ
ークに接合され、このような構造により、全体として超
伝導リング中に2箇所のジョセフソン接合部を持つdc
−SQUID素子が形成されている。なお、第1と第2
の超伝導体薄膜電極1と3、およびブリッジ4a,4b
の材質としては任意の超伝導体薄膜を用いることがで
き、例えばNb薄膜とすることができる。
【0017】以上の本発明実施例の構造では、バリア層
2のAl層2aによって超伝導リングが短絡されることに
なり、これがダンピング抵抗として機能し、別途ダンピ
ング抵抗を付加する必要がなく、以下に示すようにその
工程を省略できると同時に、素子の層数もダンピング抵
抗を付加した従来の素子に比して少なくなる。
2のAl層2aによって超伝導リングが短絡されることに
なり、これがダンピング抵抗として機能し、別途ダンピ
ング抵抗を付加する必要がなく、以下に示すようにその
工程を省略できると同時に、素子の層数もダンピング抵
抗を付加した従来の素子に比して少なくなる。
【0018】以上の本発明実施例の素子の製造工程の例
について述べる。まず、基板10上に、フォトレジスト
によるリフトオフ法を用いて、第1の超伝導体薄膜電極
1をパターニングする。次に、その上から基板10の全
面に、Al層2a並びに AlOX 層2bからなるバリア層2
を成膜する。このバリア層2の成膜は、実際にはAl層を
成膜してその表面を酸化させればよい。
について述べる。まず、基板10上に、フォトレジスト
によるリフトオフ法を用いて、第1の超伝導体薄膜電極
1をパターニングする。次に、その上から基板10の全
面に、Al層2a並びに AlOX 層2bからなるバリア層2
を成膜する。このバリア層2の成膜は、実際にはAl層を
成膜してその表面を酸化させればよい。
【0019】その後、同じくリフトオフ法を用いるか、
あるいは全面成膜後のエッチングにより第2の超伝導体
薄膜電極3をパターニングし、その第2の超伝導体薄膜
電極3をマスクとしてバリア層2の不要部分、つまり第
2の超伝導体薄膜電極3の下方以外の部分をエッチング
する。そして、第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3の
2箇所の積層部分の上方に、ブリッジ4a,4bをそれ
ぞれ形成することにより、図1の構造の素子を得る。こ
のように、本発明実施例の構造によると、特にダンピン
グ抵抗を作成するための工程を追加する必要がない。
あるいは全面成膜後のエッチングにより第2の超伝導体
薄膜電極3をパターニングし、その第2の超伝導体薄膜
電極3をマスクとしてバリア層2の不要部分、つまり第
2の超伝導体薄膜電極3の下方以外の部分をエッチング
する。そして、第1と第2の超伝導体薄膜電極1と3の
2箇所の積層部分の上方に、ブリッジ4a,4bをそれ
ぞれ形成することにより、図1の構造の素子を得る。こ
のように、本発明実施例の構造によると、特にダンピン
グ抵抗を作成するための工程を追加する必要がない。
【0020】なお、以上の実施例では、ループ状の第1
の超伝導体薄膜1を下層に、第2の超伝導体薄膜電極3
を上層にした構造としたが、その上下関係は逆転させる
ことが可能である。
の超伝導体薄膜1を下層に、第2の超伝導体薄膜電極3
を上層にした構造としたが、その上下関係は逆転させる
ことが可能である。
【0021】また、バリア層2としてAl-AlOX 膜を用い
たが、本発明はこれに限定されることなく、ダンピング
抵抗となり得る抵抗値を持つ膜であれば任意の膜を用い
ることができ、常伝導体−絶縁体の2層構造の膜では上
記例のほか例えばHf-HfOX 膜を用いることができ、更に
は常伝導体の単層膜も用いることができる。
たが、本発明はこれに限定されることなく、ダンピング
抵抗となり得る抵抗値を持つ膜であれば任意の膜を用い
ることができ、常伝導体−絶縁体の2層構造の膜では上
記例のほか例えばHf-HfOX 膜を用いることができ、更に
は常伝導体の単層膜も用いることができる。
【0022】更に、本発明は準平面型接合のdc−SQ
UID素子のみならず、バリア層を介して積層された第
1と第2の超伝導体薄膜が相互にトンネル接合されたト
ンネル接合型の素子にも適用できる。
UID素子のみならず、バリア層を介して積層された第
1と第2の超伝導体薄膜が相互にトンネル接合されたト
ンネル接合型の素子にも適用できる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ループ状の第1の超伝導体薄膜電極に対し、2箇所にお
いてバリア層を介して第2の超伝導体薄膜電極を積層し
て、その積層部分で第1と第2の超伝導体薄膜電極とを
互いにジョセフソン接合した構造の素子において、バリ
ア層を上記2箇所の積層部間で連続するように一体形成
するとともに、このバリア層にダンピング抵抗として機
能するような抵抗値を持たせた構造としているから、別
途ダンピング抵抗用の薄膜を形成することなく素子の特
性劣化を防止することが可能となり、従来のダンピング
抵抗を持つ素子に比して、その製造工程の削減によるコ
ストダウンを達成できるとともに、素子の層数の削減に
よる素子の歩留り向上を達成できる。
ループ状の第1の超伝導体薄膜電極に対し、2箇所にお
いてバリア層を介して第2の超伝導体薄膜電極を積層し
て、その積層部分で第1と第2の超伝導体薄膜電極とを
互いにジョセフソン接合した構造の素子において、バリ
ア層を上記2箇所の積層部間で連続するように一体形成
するとともに、このバリア層にダンピング抵抗として機
能するような抵抗値を持たせた構造としているから、別
途ダンピング抵抗用の薄膜を形成することなく素子の特
性劣化を防止することが可能となり、従来のダンピング
抵抗を持つ素子に比して、その製造工程の削減によるコ
ストダウンを達成できるとともに、素子の層数の削減に
よる素子の歩留り向上を達成できる。
【0024】また、本発明の構造によると、バリア層を
兼ねたダンピング抵抗の上方には一方の超伝導体薄膜電
極が積層される関係上、その電極によってダンピング抵
抗が保護されることになり、経時変化による劣化が極め
て少ないダンピング抵抗となり得るという利点もある。
兼ねたダンピング抵抗の上方には一方の超伝導体薄膜電
極が積層される関係上、その電極によってダンピング抵
抗が保護されることになり、経時変化による劣化が極め
て少ないダンピング抵抗となり得るという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の構成を示す平面図(A)および
そのA−A拡大断面図(B)
そのA−A拡大断面図(B)
【図2】従来のdc−SQUID素子の構成例を示す平
面図(A)およびそのA−A拡大断面図(B)
面図(A)およびそのA−A拡大断面図(B)
1 第1の超伝導体薄膜電極 1a スリット 2 バリア層 2a Al層 2b AlO X 層 3 第2の超伝導体薄膜電極 4a,4b ブリッジ 10 基板
Claims (1)
- 【請求項1】 ループ状に形成された第1の超伝導体薄
膜電極が、その2箇所においてバリア層を介して第2の
超伝導体薄膜電極と相互に積層され、その積層部で上記
第1と第2の超伝導体薄膜電極とが互いにジョセフソン
接合されてなる素子において、上記バリア層が上記2箇
所の積層部間で連続するように一体形成され、かつ、当
該バリア層はダンピング抵抗として機能する所定の抵抗
値を有していることを特徴とするdc−SQUID素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183845A JPH0745876A (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | dc−SQUID素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183845A JPH0745876A (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | dc−SQUID素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745876A true JPH0745876A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16142847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183845A Pending JPH0745876A (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | dc−SQUID素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745876A (ja) |
-
1993
- 1993-07-26 JP JP5183845A patent/JPH0745876A/ja active Pending
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