일반기술

고온초전도 선천성 조셉슨접합을 이용한 초전도 양자간섭소자 제조 방법

본 기술은 고온초전도 선천성 조셉슨 접합을 이용한 초전도 양자간섭소자(Superconducting Quantum Interference Device; SQUID) 제조 방법에 관한 것이다. 일반적으로 알려진 직류(直流; dc) 양자간섭소자(SQUID)는 초전도 환 (superconducting ring)에 조셉슨접합(Josephson junction)이 두 개 삽입된 형태를 지닌다. 이와 같은 SQUID 소자는 극미세한 자장의 변화에 대해 고감도의 전압 출력을 낼 수 있는 장점을 지니고 있다. 직류(dc) SQUID는 일반적으로 사용되는 자기검출용 소자인 자기저항소자(磁氣抵抗素子)와 홀(Hall) 소자 등에 비하여 적어도 1000 내지 10만배 이상 높은 감도로 자장변화를 검출할 수 있으므로 매우 감도가 높은 자력계(magnetometer) 및 자장 구배측정기(magnetic field gradiometer) 등으로 사용될 수 있으며, 소자의 탐지부를 적절히 변화시킴으로써 감도가 탁월한 전압계(voltmeter), 전류계(ammeter), 저항계(resistance meter) 등으로도 사용될 수 있어, 의학, 군사분야, 자원탐사, 기초과학 연구 등에 활용도가 매우 높은 소자이다.본 기술에서 고안한 고온초전도체 선천성 조셉슨접합을 이용한 직류(dc) SQUID 소자의 제조 기법에서는 그 제조가 불가능한 인공적인 고온초전도체 조셉슨접합을 이용하는 대신 고온초전도체 단결정에 자연적으로 형성되는 조셉슨접합을 이용하고 있다.즉 고온초전도체는 단결정에서 자연적으로 발생하는 조셉슨접합의 특성을 이용하여 단결정에 양면벽개 공정을 이용하여 고온초전도 환상구조(circular shape)를 형성하며 동시에 환상 내에 선천성 조셉슨 접합을 포함되게 함으로써 고온초전도 SQUID를 제조하는 것을 가능하게 한다.본 기술에서 고안된 조셉슨접합이 두 개 삽입된 형태의 SQUID의 용도는 다음과 같다.(1)매우 감도가 높은 자력계, 전압계, 전류계, 저항계 및 자장구배측정기 등으로 사용되며,(2)뇌파탐지 등을 위한 의학분야 응용, 해저 잠수함 탐지 등을 위한 군사분야 응용, 자원탐사, 미세 자기 및 전기 신호 측정을 위한 기초과학 연구 등에 점차 활용도가 증대되고 있다.4 K 근처의 극저온 환경 하에서만 작동이 가능한 저온초전도 SQUID 소자에 비해 고온초전도 SQUID 소자의 특징은 다음과 같다. (1)저온초전도 소자보다 10-20 배 높은 온도영역에서 작동이 가능하게 되어 측정 온도 범위를 확대할 수 있고(2)그에 따라 액체 질소를 냉매로 사용할 수 있어 소자의 작동 경비를 현저히 감소시킬 수 있는 경제적인 이점을 가지고 있어 매우 활용도가 높은 소자로 인정되고 있다.