[发明专利]三维磁场测量组件及制备方法

说明书

本发明提供一种三维磁场测量组件及制备方法，组件至少包括：衬底、制备在所述衬底上第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第一探测线圈、第二探测线圈以及第三探测线圈，其中，所述第一探测线圈与第一SQUID器件相连，且所述第一探测线圈的法线方向与X轴方向平行；所述第二探测线圈与第二SQUID器件相连，且所述第二探测线圈的法线方向与Y轴方向平行；所述第三探测线圈与第三SQUID器件相连，且所述第三探测线圈的法线方向与Z轴方向平行。本发明在同一个衬底上制备了3个SQUID器件，且每个SQUID器件探测1个空间方向的磁场，这种方法省略了现有技术组件中的立方体结构，减小了三维磁场探测组件的体积和安装难度，降低了制备成本，缩小了三个器件之间非正交性误差。

技术领域

本发明属于超导电子学技术领域，特别是涉及一种三维磁场测量组件及制备方法。

背景技术

在超导环中插入两个约瑟夫森结构成了直流超导量子干涉器件(dc SQUID)，它是以超导磁通量子化和约瑟夫森效应为原理的超导量子器件，是迄今为止最灵敏的磁通探测器，其磁通噪声在μΦ₀/Hz^1/2量级，Φ₀＝2.07*10^-15Wb是磁通量子，磁场灵敏度可达10^-15T(fT)量级，而且dc SQUID器件还具有频带宽的特点，响应频率从直流至兆赫兹量级，因此以dcSQUID器件为核心探测器的弱磁探测系统在生物磁测量、磁异常探测、大地电磁测量和低场核磁共振等微弱磁场探测领域具有极大的应用潜力。

目前，dc SQUID器件结构是利用微加工工艺制备而成的多层膜结构，如图1所示，当穿过dc SQUID器件的超导环的磁场发生变化时，dc SQUID器件所感应的磁通量发生变化，在dc SQUID器件设置一定的偏置电流(通常稍大于器件的临界电流)时，器件两端的电压与器件感应的磁通量成周期性关系，周期是一个磁通量子Φ₀，通过SQUID读出电路，可以建立磁通变化量与器件输出电压的线性关系。通常情况下，如图2所示，为了提高dc SQUID器件的磁场灵敏度，在dc SQUID器件中集成了磁通变换器结构，磁通变换器由一个探测线圈和一个输入线圈串联构成，输入线圈与dc SQUID器件的超导环耦合在一起，探测线圈的尺寸和输入线圈的尺寸匝数等参数可以随着对dc SQUID器件性能的要求进行优化，当穿过探测线圈的外磁场发生变化时，在磁通变换器中产生感应电流，这个电流通过输入线圈，将磁通耦合到dc SQUID器件中，由于磁通变换器感应磁场面积大于dc SQUID器件超导环感应磁场面积，因此磁通变换器可以提高dc SQUID器件的磁场灵敏度。

在dc SQUID应用中，由于dc SQUID器件处于低温环境下，而SQUID读出电路安装于室温环境下，因此，首先将dc SQUID器件安装在印刷电路板(PCB)上，dc SQUID器件引脚与PCB板上电极相连，再利用屏蔽电缆将对应的PCB板上电极与SQUID读出电路的接口连接起来。由于dc SQUID器件尺寸在毫米至厘米量级，安装有dc SQUID器件的PCB的尺寸在厘米量级。