[发明专利]集成式多通道SQUID芯片

说明书

本发明提供一种集成式多通道SQUID芯片，所述集成式多通道SQUID芯片包括若干相互间隔设置的通道，若干所述通道按照n×n阵列排布，n≥2；各所述通道中的电路系统均为基于外部反馈模式的电路系统，其中的拾取线圈、输入线圈及二级反馈线圈首尾串联形成磁通探测回路，SQUID器件与所述输入线圈耦合，所述SQUID器件两端引线分别与运算放大器两输入端连接，所述运算放大器输出端依次连接有反馈电阻和一级反馈线圈，所述一级反馈线圈与二级反馈线圈耦合，用于传输反馈信号。本发明的集成式多通道SQUID芯片实现芯片的集成化与系统的小型化，同时达到了通道之间串扰率低于0.1％的目标，并提高了整个系统空间分辨率。

技术领域

本发明涉及SQUID检测技术领域，特别是涉及一种集成式多通道SQUID芯片。

背景技术

超导量子干涉器件(SQUID)是一种将磁通转化为电压的磁通传感器，其基本原理是基于超导约瑟夫森效应和磁通量子化现象，因其具备高灵敏度、宽工作范围、高时空分辨率等优势被广泛应用于生物磁检测、航磁检测、无损检测等领域。目前，用来检测生物磁信号的系统以多通道为主，如德国PTB研制的83通道心磁图仪【Drung,Dietmar.The PTB 83-SQUID system for biomagnetic applications in a clinic.IEEE transactions onapplied superconductivity 5.2(1995):2112-2117】，日本Hitachi研制的64通道心磁图仪【Itozaki,H.(2003).SQUID application research in Japan.SuperconductorScience and Technology,16(12),1340.】。国内安装在上海瑞金医院、阜外医院，天津泰达医院，北京309医院的多通道心磁图仪系统。应用于脑磁检测的系统，如芬兰研制的306通道脑磁图仪【Taulu,S.,Hari,R.(2009).Removal of magnetoencephalographic artifactswith temporal signal-space separation:Demonstration with single-trialauditory-evoked responses.Human brain mapping,30(5),1524-1534.】和中科院最新研究应用于脑磁检测的多通道原子磁力计技术【Li,Jian-Jun,et al.Miniature quad-channel spin-exchange relaxation-free magnetometer formagnetoencephalography.Chinese Physics B28.4(2019):040703.】。因此，无论国内还是国外，SQUID和原子磁力计所使用的主流检测系统均是基于分立器件的多通道系统。

目前，多通道分立器件通道之间的距离逐渐减小，从厘米量级到毫米量级甚至微米量级，通道之间因为互相距离靠近难免会引起相互干扰。如图1所示，根据麦克斯韦方程，通道1探测到外界的磁场会产生电流，此电流将与通道2(与通道1靠近)产生互感，使得通道2的输出中存在通道1的信号，从而引起串扰。经过推导发现，通道2中的串扰输出主要由两部分引起，通道间互感和磁通探测回路因探测磁通产生的电流【Brake H J,Fleuren F H,Ulfrnan J A,et al.,Elimination of flux-transformer crosstalk in multichannelSQUID magnetometers[J].Cryogenics:1986,26(12):667-670.】。

在生物磁检测领域，集成式多通道的芯片设计并未得到应用，特别是SQUID芯片集成式多通道的设计。目前，现有技术可以将超导转变边沿探测器(TES)、串联SQUID阵列(SSA)应用到集成芯片设计，但其是将SQUID器件进行串联形成阵列，并不是单独集成式的多通道设计，使生物检测系统的空间分辨率低，且系统体积较大，难以满足高标准的检测需求。

发明内容