DE10041797C2

DE10041797C2 - Magnetic field sensitive thin film sensor device with linear sensor element and flux antenna

Info

Publication number: DE10041797C2
Application number: DE10041797A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Daalmans
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2020-08-26
Also published as: DE10041797A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetfeldsensitive Sen soreinrichtung in Dünnfilmtechnik mit einer Flussantenne und einem ihr zugeordneten Flussspannungswandler mit linearem Sensorelement ausgegangen, wie sie aus der Literaturstelle "Cryogenics", Vol. 38, No. 6, 1998, Seiten 625 bis 629 zu entnehmen ist.The invention relates to a magnetic field sensitive Sen thin film technology device with a river antenna and one of its associated forward voltage converters with linear Sensor element assumed, as they from the literature "Cryogenics", vol. 38, no. 6, 1998, pages 625 to 629 is removed.

Zu einer hochauflösenden Magnetfeldmessung wurden bisher Dünnfilmsensoreinrichtungen in Form von SQUID-Magnetometern oder -Gradiometern vorgesehen. Solche Sensoreinrichtungen weisen eine supraleitende Flussantenne in Form einer Magneto meterschleife oder Gradiometerschleife auf, an die ein SQUID (Superconduction Quantum Interference Device) als ein Fluss- Spannungs-Wandler induktiv angekoppelt ist (vgl. z. B. DE 42 16 907 A1) oder in die ein derartiges SQUID integriert ist (vgl. z. B. DE 41 25 087 A1 oder DE 195 09 230 A1). Als supraleitendes Material für eine derartige SQUID-Sensorein richtung ist auch sogenanntes Hoch-T_c-Supraleitermaterial vorgesehen (vgl. z. B. DE 44 19 297 A1). Hierbei handelt es sich um bekannte oxidische Materialien, insbesondere auf Cup rat-Basis, deren Sprungtemperaturen im magnetischen Nullfeld über 77 K liegen und die deshalb prinzipiell eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff (LN₂) zulassen. Es zeigt sich jedoch, dass das Spannungssignal von solchen Supraleitungseinrichtun gen bzw. ihrer SQUIDs keine lineare Proportionalität zu dem zu detektierenden Magnetfeld oder Magnetfeldgradienten zeigt und deshalb eine aufwendige Regelelektronik erforderlich wird.Until now, thin-film sensor devices in the form of SQUID magnetometers or gradiometers have been provided for high-resolution magnetic field measurement. Such sensor devices have a superconducting flux antenna in the form of a magnetometer loop or gradiometer loop, to which a SQUID (Superconduction Quantum Interference Device) is inductively coupled as a flux-voltage converter (see, for example, DE 42 16 907 A1) or in such a SQUID is integrated (cf. e.g. DE 41 25 087 A1 or DE 195 09 230 A1). So-called high-T _c superconductor material is also provided as the superconducting material for such a SQUID sensor device (see, for example, DE 44 19 297 A1). These are known oxidic materials, in particular based on cup rat, whose transition temperatures in the magnetic zero field are above 77 K and which therefore in principle permit cooling with liquid nitrogen (LN ₂ ). It turns out, however, that the voltage signal from such superconducting devices or their SQUIDs shows no linear proportionality to the magnetic field to be detected or magnetic field gradients and therefore complex control electronics is required.

Im Vergleich zu Flussspannungswandlern mit SQUIDs sind solche mit Hallsensorelementen extrem linear. Ein entsprechendes Element ist bei der aus der eingangs genannten Literaturstelle "Cryogenics" zu entnehmenden Sensoreinrichtung vorgesehen. Die bekannte, in Dünnfilmtechnik erstellte Sensoreinrichtung weist eine als Magnetometer gestaltete Flussantenne aus Hoch- T_c-Supraleitermaterial auf, an welche ein Dünnfilm-Hallsen sorelement als ein Flussspannungswandler induktiv angekoppelt ist. Bei 77 K ist mit einer derartigen Sensoreinrichtung eine Auflösung von etwa 8 pT/√Hz im Bereich des sogenannten wei ßen Rauschens zu erreichen. Es zeigt sich jedoch, dass mit einer derartigen Sensoreinrichtung in hohem Maße auch magne tische Störfelder detektiert werden, die das zu detektierende Magnetfeld in unerwünschter Weise überlagern. Mit einer der artigen Sensoreinrichtung ist deshalb eine hochauflösende Magnetfelddetektion praktisch nicht möglich.Compared to forward voltage converters with SQUIDs, those with Hall sensor elements are extremely linear. A corresponding element is provided in the sensor device which can be found in the "Cryogenics" reference mentioned at the beginning. The known sensor device created in thin-film technology has a flux antenna designed as a magnetometer made of high-T _c superconductor material, to which a thin-film Hall sensor element is inductively coupled as a forward voltage converter. At 77 K, such a sensor device can achieve a resolution of approximately 8 pT / √Hz in the area of the so-called white noise. It turns out, however, that magnetic sensor interference fields which overlap the magnetic field to be detected in an undesired manner are also detected to a high degree with such a sensor device. With such a sensor device, high-resolution magnetic field detection is therefore practically impossible.

Wegen dieser Schwierigkeit wurde bereits vorgeschlagen (vgl. die nicht-vorveröffentlichte DE 199 44 586 C1), dass die Flussantenne als Gradiometer-Doppelschleife in Form annähernd einer Acht mit einem gemeinsamen Mittelsteg gestaltet ist, dass der Flussspannungswandler mit zwei längs des Mittelstegs angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensorelementen ausge bildet ist und dass die Sensorelemente so hintereinander ge schaltet sind, dass sich ihre durch die gradientenfreien An teile des Magnetfeldes hervorgerufenen Spannungssignale zu mindest weitgehend kompensieren.Because of this difficulty, it has already been proposed (cf. the unpublished DE 199 44 586 C1) that the River antenna in the form of a gradiometer double loop an eight is designed with a common center bar, that the forward voltage converter with two along the middle bar arranged magnetic field sensitive sensor elements is formed and that the sensor elements so one behind the other are that their through the gradient-free parts of the magnetic field caused voltage signals at least largely compensate.

Damit lässt sich eine hochauflösende Magnetfeldmessung bei verhältnismäßig hohem Störpegel gewährleisten. Dies ist in erster Linie auf die Verwendung von zwei Flussspannungswand lern in Form von linearen Sensorelementen statt von SQUIDs und deren Hintereinanderschaltung mit einer antiparallelen Felderfassung beidseitig an dem Mittelsteg der Gradiometer- Doppelschleife zurückzuführen. Außerdem ist - im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der eingangs genannten Literatur stelle aus "Cryogenics" - eine Berücksichtigung des gradien tenfreien Anteils des detektierten Magnetfeldes zumindest weitgehend durch Kompensation der diesbezüglichen Spannungs signale zu unterdrücken und praktisch nur eine Feldgradientendetektion zu erreichen. Unter einem linearen Sensorelement ist dabei ein Sensorelement zu verstehen, dass in einem zu berücksichtigenden Messbereich ein der Feldstärke eines de tektierten Magnetfeld zumindest annähernd (d. h. mit einer Ab weichung von unter 10%) linear proportionales Spannungssig nal erzeugt.This enables a high-resolution magnetic field measurement Ensure a relatively high noise level. This is in primarily on the use of two forward voltage wall learn in the form of linear sensor elements instead of SQUIDs and their series connection with an anti-parallel Field detection on both sides on the middle bar of the gradiometer Double loop attributed. In addition - is in contrast to the state of the art according to the literature mentioned at the beginning place from "Cryogenics" - a consideration of the gradien at least free portion of the detected magnetic field largely by compensating the related voltage suppress signals and practically only a field gradient detection to reach. Under a linear sensor element is a sensor element to be understood that in a too measuring range considering the field strength of a de detected magnetic field at least approximately (i.e. with an Ab softening below 10%) linear proportional voltage sig nal generated.

Bevorzugte Ausführungsformen der linearen Sensorelemente sind Hallsensorelemente oder magnetoresistive Sensorelemente. Als magnetoresistive Sensorelemente können insbesondere solche vorgesehen sein, die Dünnschichtsysteme mit erhöhtem magneto resistiven Effekt sind.Preferred embodiments of the linear sensor elements are Hall sensor elements or magnetoresistive sensor elements. As magnetoresistive sensor elements can in particular be such be provided, the thin film systems with increased magneto are resistive effect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Sensoreinrich tung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend zu verbessern, dass mit ihr eine hohe Störfeldunterdrückung bei hochauflösender Magnetfelddetektion zu gewährleisten ist. Zugleich soll ein sehr einfacher Dünnfilmaufbau zu realisie ren sein. Als Dünnfilm wird hierbei jede Schicht mit einer Dicke von unter 100 µm verstanden. Außerdem soll die Sensor einrichtung ohne weiteres arrayfähig sein.The object of the present invention is the sensor device tion with the characteristics mentioned above improve that with it a high interference field suppression high-resolution magnetic field detection is to be guaranteed. At the same time, a very simple thin-film construction is to be realized be. Each layer is covered with a thin film Understand thickness of less than 100 microns. In addition, the sensor device can be easily arrayed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des An spruchs 1 gelöst. Diese Maßnahmen sind darin zu sehen, dass die magnetfeldsensitive Einrichtung in Dünnfilmtechnik mit einer Flussantenne und einem ihr zugeordneten Flussspannungs wandler mit linearen Sensorelementen folgende Merkmale auf weist:
This object is achieved with the measures of claim 1. These measures can be seen in the fact that the magnetic field-sensitive device in thin-film technology with a flux antenna and a flux voltage converter with linear sensor elements assigned to it has the following features:

- The river antenna is included as a three-loop arrangement two outer single loops and one between them sensitive, from each of these spaced average single loop designed,

und
and

- The forward voltage converter is with two linear sensor elements elements formed, each in the spacing between between the outer single loops and the middle on single loop are arranged.

Dabei sind die Sensorelemente so hintereinandergeschaltet, dass sich ihre durch die gradientenfreien Anteile des Magnet feldes hervorgerufenen Spannungssignale zumindest weitgehend kompensieren. Ferner bilden die Sensorelemente jeweils eine galvanische Verbindung zwischen den jeweils benachbarten Ein zelschleifen, so dass die Dreischleifenanordnung Gradiometer- Eigenschaft aufweist.The sensor elements are connected in series so that their through the gradient-free portions of the magnet field caused voltage signals at least largely compensate. Furthermore, the sensor elements each form one galvanic connection between the adjacent one individual loops so that the three-loop arrangement of gradiometer Has property.

Diese Gradiometer-Eigenschaft bzw. -Wirkung ergibt sich durch die Serienschaltung der drei Einzelschleifen, die auch als Magnetometerschleifen angesehen werden können, mittels der beiden Sensorelemente. Die Gradiometer-Wirkung ist besonders ausgeprägt, wenn die äußeren Einzelschleifen der Dreischlei fenanordnung symmetrisch bezüglich der zwischen ihnen vorhan denen mittleren Einzelschleife ausgebildet und angeordnet werden.This gradiometer property or effect results from the series connection of the three individual loops, which also as Magnetometer loops can be viewed using the two sensor elements. The gradiometer effect is special pronounced when the outer single loops of the three loops arrangement symmetrical with respect to the existing between them which middle loop formed and arranged will.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sensoreinrichtung ergeben sich zusätzlich zu den Vorteilen nach dem Hauptpatent noch die weiteren Vorteile, nämlich dass sich ihre Flussan tenne und ihre Sensorelemente in wenigen Schichten bzw. Schichtsystemen in Dünnfilmtechnik aufbauen lassen. Der her stellungsbedingte Aufwand für die Sensoreinrichtung ist dem entsprechend gering.With the configuration of the sensor device according to the invention result in addition to the advantages of the main patent Still the other advantages, namely that their flow tenne and its sensor elements in a few layers or Have layer systems built using thin film technology. The fro positional effort for the sensor device is the correspondingly low.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die erfindungsgemäße Sen soreinrichtung wegen der vorhandenen mittleren Einzelschleife auf einfache Weise zu einer Arrayanordnung erweitert werden kann. Die Sensoreinrichtung lässt sich nämlich als eine Un tereinheit einer Arrayanordnung von mehreren solcher Unter einheiten vorsehen, wobei insbesondere benachbarte Untereinheiten an einander zugewandten äußeren Einzelschleifen hin tereinandergeschaltet sein können.It is particularly advantageous that the Sen according to the invention sensor device because of the existing middle single loop can be easily expanded to an array arrangement can. The sensor device can namely namely as a Un Subunit of an array of several such sub provide units, in particular neighboring sub-units towards facing outer individual loops can be connected in series.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gehen aus den restlichen Ansprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention Sensor device emerge from the remaining claims.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn Hallsensorelemente vor gesehen werden. Da nämlich bei solchen Sensorelementen die Felderfassung senkrecht zur Fläche der Elemente erfolgt, kön nen solche Elemente vorteilhaft in der Ebene der Dreifach schleife liegen. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Sensoreinrichtung.So it is particularly advantageous if Hall sensor elements in front be seen. Because with such sensor elements Fields can be captured perpendicular to the surface of the elements NEN such elements advantageous in the triple plane loop lie. This enables a particularly simple one Structure of the sensor device.

Für die Flussantenne der Sensoreinrichtung können prinzipiell alle elektrisch gut leitenden Materialien, seien es normal leitende oder supraleitende Materialien, verwendet werden. Besonders vorteilhaft kann ein oxidisches Hoch-T_c-Supralei termaterial vorgesehen sein. Aus einem derartigen Material kann man nämlich durch Einstellung eines vorbestimmten Sauer stoffgehalts auch ein Material mit einem hinreichend großen Hallkoeffizienten ausbilden, so dass dann im Fall einer Ver wendung von Hallsensorelementen diese Elemente aus einem Ma terial bestehen, das die metallischen Komponenten des Hoch- T_c-Supraleitermaterials sowie einen vorbestimmten Anteil der Sauerstoffkomponente aufweist.In principle, all electrically highly conductive materials, be they normally conductive or superconductive materials, can be used for the flux antenna of the sensor device. An oxidic high-T _c supra conductor material can be provided particularly advantageously. From such a material you can namely form a material with a sufficiently large Hall coefficient by setting a predetermined oxygen content, so that then in the case of a use of Hall sensor elements, these elements consist of a material that the metallic components of the high T _c Superconductor material and a predetermined proportion of the oxygen component.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn Hallsensorelemente vom 4-Kontakt-Typ vorgesehen sind. Solche Elemente können nämlich insbesondere derart bezüglich der mittleren Einzelschleife der Gradiometer-Dreifachschleife angeordnet sein, dass sie diese Einzelschleife als gemeinsame Kontaktfläche besitzen. Eine derartige Anordnung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus.It is also advantageous if Hall sensor elements from 4-contact type are provided. Such elements can namely in particular with regard to the middle single loop the gradiometer triple loop that they are arranged have this single loop as a common contact surface. Such an arrangement is characterized by a special simple structure.

Vorteilhaft können Hallsensorelemente aus einem insbesondere halbleitenden Material mit einem Hallkoeffizienten von min destens 100 cm³/A.s gebildet sein. Die Verwendung entsprechender Materialien führt zu hohen Werten der zu gewinnenden Hallspannungen. Eine weitere diesbezügliche Verbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass die Hallsensorelemente ge kühlt werden. Dies ist insbesondere dann leicht vorzunehmen, wenn eine supraleitende Flussantenne vorgesehen wird.Hall sensor elements can advantageously be formed from a particularly semiconducting material with a Hall coefficient of at least 100 cm ³ / As. The use of appropriate materials leads to high values of the Hall voltages to be obtained. A further improvement in this regard can be achieved by cooling the Hall sensor elements. This is particularly easy to do if a superconducting flux antenna is provided.

Darüber hinaus ist für Hallsensorelemente vorteilhaft eine Streifenform zu wählen. Eine solche Form, bei der die Ausdeh nung in der Hauptausdehnungsrichtung mindestens doppelt so groß wie in der Querrichtung sein soll, bringt eine hohes Hallsignal mit sich.In addition, one is advantageous for Hall sensor elements Strip shape to choose. Such a form, in which the expansion at least twice as much in the main direction of expansion as large as it should be in the transverse direction brings a high one Hall signal with itself.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch wei ter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch derenThe invention is white below with reference to the drawing ter explained. Each shows schematically their

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Sensoreinrichtung nach der Hauptanmeldung, Fig. 1 shows an embodiment of a sensor device according to the parent application,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensoreinrich tung nach der Erfindung und Fig. 2 shows a preferred embodiment of a Sensoreinrich device according to the invention and

Fig. 3 eine Verschaltungsmöglichkeit der Sensoreinrichtung nach Fig. 2 zu einem Array. Fig. 3 shows a possible connection of the sensor device of Fig. 2 into an array.

Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit den selben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in the figures with the provided with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt in nicht-maßstabgetreuen Abmessungen eine nach bekannten Verfahren in Dünnfilmtechnik zu erstellende Sensor einrichtung 2, die auf einem Substrat 3 aus nichtmagneti schem Material eine Gradienten-Doppelschleife 4 angenähert in Form einer rechteckigen Acht aufweist. Die Doppelschleife 4 besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material. Zu bei den Seiten eines Mittel- oder Querstegs 4a, der den beiden Einzelschleifen 5a bzw. 5b der achtförmigen Doppelschleife gemeinsam ist, sind als lineare Flussspannungswandler gemäß dem ausgewählten Ausführungsbeispiel je ein Hallsensorelement 6 bzw. 7 angeordnet. Die Hallsensorelemente 6 und 7 können in Dünnfilm- bzw. Dünnschichttechnik mit einem für solche galva nomagnetischen Bauelemente typischen Material aufgebaut sein. Fig. 1 shows in non-scale dimensions a sensor device 2 to be created by known methods in thin film technology, which has a gradient double loop 4 approximately in the form of a rectangular figure eight on a substrate 3 made of non-magnetic material. The double loop 4 consists of an electrically highly conductive material. On the sides of a central or transverse web 4 a, which is common to the two individual loops 5 a and 5 b of the eight-shaped double loop, a Hall sensor element 6 or 7 is arranged as a linear forward voltage converter according to the selected exemplary embodiment. The Hall sensor elements 6 and 7 can be constructed in thin-film or thin-film technology with a material typical of such galvanic electromagnetic components.

Entsprechende, auch als Hallgeneratoren bezeichnete Hallsen sorelemente und deren Funktionsweise sind allgemein bekannt (vgl. z. B. das Buch von H. Reichl u. a. mit dem Titel "Halb leitersensoren", Expert-Verlag, Ehningen (DE), 1989, insbe sondere Seiten 243 bis 267, oder das Buch von U. von Borcke mit dem Titel "Feldplatten und Hallgeneratoren", Verlag der Siemens Aktiengesellschaft, Berlin u. a., 1985, insbesondere Seiten 30 und 76 bis 87). Beispiele solcher Materialien sind Bi, InAs oder InAsP. Auch Materialien auf Basis von Hoch-T_c- Supraleitermaterialien, die gegenüber dieses Supraleitermate rialien aufgrund einer Sauerstoffarmut halbleitend sind, kön nen verwendet werden. So ist z. B. an sauerstoffarmem Y-Ba-Cu- O-Material ein hinreichend großer Hallkoeffizient zu beobach ten.Corresponding Hall sensors sensors, also known as Hall generators, and their mode of operation are generally known (cf., for example, the book by H. Reichl, inter alia, with the title “Halbleitersensoren”, Expert Verlag, Ehningen (DE), 1989, in particular special pages 243 to 267, or the book by U. von Borcke with the title "Feldplatten und Hallgeneratoren", publisher of Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and others, 1985, especially pages 30 and 76 to 87). Examples of such materials are Bi, InAs or InAsP. Materials based on high-T _c superconductor materials which are semiconducting to this superconductor material due to a lack of oxygen can also be used. So z. B. on oxygen-poor Y-Ba-Cu-O material to observe a sufficiently large Hall coefficient.

Die Hallsensorelemente 6 und 7 sind vorzugsweise vom soge nannten Vier-Kontakt-Typ in Rechteckform (vgl. z. B. das ge nannte Buch von U. von Borcke, Seiten 23 bis 30) und vorzugs weise als schmale Streifen ausgeführt. Sie weisen jeweils an ihren von dem Mittelsteg 4a abgewandten, dazu parallelen Au ßenseiten Kontakte zum Verbinden mit einer Stromquelle für einen konstanten Einstell- oder Biasstrom I_B auf. Dabei sind die Hallsensorelemente 6 und 7 über den Mittelsteg 4a bezüg lich dieses Stroms elektrisch hintereinander (bzw. in Reihe) geschaltet. Die noch erforderlichen äußeren Stromanschlüsse der beiden Elemente sind mit 8a und 8b bezeichnet. Außerdem sind die beiden Hallsensorelemente 6 und 7 bezüglich der an ihnen an Spannungsabgriffen 9a, 9b bzw. 10a, 10b abzunehmen den Hallspannungen derart verschaltet, dass an den Abgriffen 9a und 10b die gesamte Hall-Ausgangsspannung V_H beider Ele mente abzunehmen ist. Die zu den Hallspannungen an den ein zelnen Hallsensorelementen 6 und 7 führenden Komponenten E_H1 und E_H2 der elektrischen Felder zwischen den Spannungsabgrif fen 9a und 9b bzw. 10a und 10b sind somit parallel zu dem Mittelsteg 4a und quer zur Führungsrichtung des Stroms I_B ge richtet. Mit einer derartigen Hintereinanderschaltung der Hallsensorelemente 6 und 7 ist zu erreichen, dass sich die auf antiparallele Magnetfeldkomponenten zurückzuführenden Spannungssignale addieren und solche, durch parallele Magnet feldkomponenten hervorgerufene Spannungssignale subtrahieren. Die Folge davon ist, dass der gradientenfreie Anteil des de tektierten Magnetfelds zumindest weitgehend (d. h. zu über 90%) durch Kompensation der diesbezüglichen Spannungssignale eliminiert wird. Damit ist eine praktisch reine Magnetfeld gradienten-Detektion eines magnetischen Feldes mit hoher Mag netfeldgradientenauflösung auch bei verhältnismäßig hohem Störpegel zu gewährleisten.The Hall sensor elements 6 and 7 are preferably of the so-called four-contact type in a rectangular shape (see, for example, the ge book by U. von Borcke, pages 23 to 30) and preferably as narrow strips. They each have contacts on their outer sides facing away from the central web 4 a and parallel to them for connecting to a current source for a constant adjustment or bias current I _B. The Hall sensor elements 6 and 7 are electrically connected in series (or in series) via the central web 4 a with respect to this current. The still required external power connections of the two elements are designated 8 a and 8 b. Moreover, the two Hall sensor elements 6 and 7 with respect to them at voltage taps 9 a, 9 b and 10 a, 10 b take off connected to the Hall voltage so that at the taps 9 a and 10 b the entire Hall output voltage V _H of both Ele is to be reduced. The leading to the Hall voltages on the individual Hall sensor elements 6 and 7 components E _H1 and E _{H2 of} the electrical fields between the voltage taps 9 a and 9 b or 10 a and 10 b are thus parallel to the central web 4 a and transversely to the guide direction of the current I _B directed. With such a series connection of the Hall sensor elements 6 and 7 it can be achieved that the voltage signals attributable to antiparallel magnetic field components add up and subtract such voltage signals caused by parallel magnetic field components. The consequence of this is that the gradient-free portion of the detected magnetic field is at least largely (ie over 90%) eliminated by compensating the voltage signals in this regard. This ensures a practically pure magnetic field gradient detection of a magnetic field with a high magnetic field gradient resolution even with a relatively high interference level.

Für die Darstellung in der Figur sind ferner noch folgende Bezugszeichen gewählt:
W = Ausdehnung der Hallsensorelemente 6 und 7 parallel zum Mittelsteg 4a,
l_b = Basislänge der Gradiometer-Doppelschleife 4, die durch die Entfernung der parallel zu dem Mittelsteg 4a verlau fenden Mittellinien durch die Einzelschleifen 5a und 5b festgelegt ist,
l_h = Länge der Anschlüsse 9a, 9b, 10a, 10b an den Hallsensor elementen 6 und 7 quer zum Mittelsteg 4a,
B = Induktion bzw. Flussdichte des zu detektierenden magne tischen Feldes im Bereich der Einzelschleifen 5a bzw. 5b, wobei die Flussdichte über dem Bereich der Flussan tenne variiert,
I = vom Feldgradienten hervorgerufener Abschirmstrom im Mit telsteg 4a.The following reference numerals have also been chosen for the illustration in the figure:
W = extension of the Hall sensor elements 6 and 7 parallel to the central web 4 a,
l _b = basic length of the gradiometer double loop 4 , which is determined by the distance of the center lines running parallel to the central web 4 a through the single loops 5 a and 5 b,
l _h = length of the connections 9 a, 9 b, 10 a, 10 b to the Hall sensor elements 6 and 7 transversely to the central web 4 a,
B = induction or flux density of the magnetic field to be detected in the area of the individual loops 5 a or 5 b, the flux density varying over the area of the flux antenna,
I = shielding current caused by the field gradient in the center bridge 4 a.

Unter Benutzung der vorstehend aufgeführten Größen wird nach folgend eine Abschätzung der Auflösung einer Sensoreinrich tung gemäß Fig. 1 vorgenommen:
Die als achtförmige Doppelschleife 4 gestaltete Flussantenne ist als ein Gradiometer erster Ordnung anzusehen. In einer solchen Antenne fließt in dem Mittelsteg 4a ein Abschirmstrom I, der proportional zu dem Feldgradienten ∇B des zu detek tierenden Magnetfeldes ist:
Using the variables listed above, the resolution of a sensor device according to FIG. 1 is estimated according to the following:
The flux antenna designed as an eight-shaped double loop 4 can be regarded as a first order gradiometer. In such an antenna, a shielding current I flows in the central web 4 a, which is proportional to the field gradient ∇B of the magnetic field to be detected:

Dabei sind A_w die Fläche einer Einzelschleife 5a bzw. 5b und L_w die Induktivität einer derartigen Schleife.A _{w is} the area of a single loop 5 a or 5 b and L _{w is} the inductance of such a loop.

Am Mittelsteg 4a erzeugt der Strom I ein Magnetfeld, das zu ihm proportional ist. Dieses Feld wird dann von den beiden Hallsensorelementen 6 und 7 erfasst. Da das Magnetfeld am Mittelsteg das Vorzeichen wechselt, wechselt auch das Hall feld sein Zeichen. Damit verbunden ist, dass das Ausgangssig nal der Hallspannung V_H sich verdoppelt hat und außerdem lo kale Störfelder und das lokale Messfeld, das ohne Flussanten ne bereits vorhanden ist, an den Hallsensorelementen in ihrer Wirkung eliminiert werden. Die Hallausgangsspannung V_H ist dann
At the central web 4 a, the current I generates a magnetic field that is proportional to it. This field is then detected by the two Hall sensor elements 6 and 7 . Since the magnetic field on the center bridge changes sign, the Hall field also changes its sign. This is associated with the fact that the output signal of the Hall voltage V _H has doubled and also local interference fields and the local measuring field, which is already present without flux antennas, are eliminated in their effect on the Hall sensor elements. The Hall output voltage V _H is then

V_H = 2.w.E_H mit |E_H| = |E_H1| = |E_H2|. (2)V _H = 2.wE _H with | E _H | = | E _H1 | = | E _H2 |. (2)

Das vom Strom I erzeugte lokale Feld B_H ist mit dem Hallfeld E_H (nach Lorentz) folgendermaßen verknüpft:
The local field B _H generated by the current I is linked to the Hall field E _H (according to Lorentz) as follows:

so dass gilt:
so that applies:

Dabei sind q die Ladungseinheit (1,6.10^-19 C), n_q die La dungsdichte im Hallmaterial, B_H das lokale Magnetfeld am Hallsensorelement und j_B die Stromdichte des Einstellstroms I_b bzw. Biasstroms.Here q are the charge unit (1.6.10 ^-19 C), n _q the charge density in the Hall material, B _H the local magnetic field on the Hall sensor element and j _B the current density of the set current I _b or bias current.

Das lokale Magnetfeld B_H lässt sich entsprechend Gleichung (1) wie folgt beschreiben:
The local magnetic field B _H can be described according to equation (1) as follows:

wobei M die Gegeninduktivität zwischen dem Mittelsteg 4a und den Hallsensorelementen ist. Die Gegeninduktivität lässt sich auch wie folgt darstellen:
where M is the mutual inductance between the central web 4 a and the Hall sensor elements. The mutual inductance can also be represented as follows:

M = w.F, (6)
M = wF, (6)

wobei F als ein Formfaktor eine geometrieabhängige Gegenin duktivität pro Längeneinheit darstellt. Für die an den beiden Hallsensorelementen 6 und 7 abzugreifende Hallspannung V_H er gibt sich dann
where F as a form factor represents a geometry-dependent counter-inductance per unit length. For the Hall voltage V _H to be picked up at the two Hall sensor elements 6 and 7, there is then

Aus dieser Gleichung folgt, dass die Anschlusslänge l_h mög lichst klein zu machen ist, um eine entsprechend hohe Aus gangsspannung zu gewinnen. Diese Länge sollte auch die Breite des jeweiligen Hallsensorelements bestimmen. (In der Zeich nung ist die Breite jedes Hallsensorelements zum Zweck einer übersichtlicheren Darstellung übertrieben groß gewählt, ob wohl sie aus den vorstehend genannten Gründen vorteilhaft we sentlich kleiner gewählt wird und insbesondere in etwa der Anschlusslänge/-breite l_h weitgehend entsprechen sollte.)It follows from this equation that the connection length l _h must be made as short as possible in order to obtain a correspondingly high output voltage. This length should also determine the width of the respective Hall sensor element. (In the drawing, the width of each Hall sensor element is selected to be exaggerated for the sake of a clearer representation, whether it is advantageously chosen to be considerably smaller for the reasons mentioned above and, in particular, should largely correspond approximately to the connection length / width l _h .)

Die Feldgradientenauflösung erfolgt dann aus der Bedingung:
The field gradient resolution is then based on the condition:

Dabei sind ρ der spezifische Widerstand des Hallsensormate rials, d_h die Dicke des Hallsensormaterials, k_B die Boltz mannkonstante und T die absolute Temperatur.In this case, the Hall sensor mate rials are ρ the resistivity, d is the thickness _h of the Hall sensor material, k _B is Boltzmann's constant and T is the absolute temperature.

Aus den Gleichungen (7) und (8) folgt dann die folgende Be ziehung für die Magnetfeldgradientenauflösung (∇B)_min:
The following relationship for the magnetic field gradient resolution (∇B) _min follows from equations (7) and (8):

Dabei sind in der vorstehenden Gleichung rechts vom Gleich heitszeichen der 1. Faktor bedingt durch das Material der Hallsensorelemente, der 2. Faktor bedingt durch die Geometrie der Hallsensorelemente und der 3. Faktor bedingt durch die Geometrie der Flussantenne bzw. Doppelschleife. Aus der Be ziehung der Gleichung (9) ergibt sich, dass man zur Optimie rung der Auflösung die Hallsensorelemente vorteilhaft strei fenförmig ausbildet, wobei die Streifen eine möglichst große Ausdehnung w parallel zum Mittelsteg 4a, eine möglichst klei ne Breite senkrecht zu diesem Mittelsteg und eine verhältnis mäßig große Dicke haben sollten.In the above equation to the right of the equal sign, the 1st factor is due to the material of the Hall sensor elements, the 2nd factor is due to the geometry of the Hall sensor elements and the 3rd factor is due to the geometry of the flux antenna or double loop. From the relationship of equation (9) it follows that to optimize the resolution, the Hall sensor elements are advantageously formed in a strip-like manner, the strips being as large as possible w parallel to the central web 4 a, the smallest possible width perpendicular to this central web and should have a relatively large thickness.

Für ein konkretes Ausführungsbeispiel seien folgende Werte angenommen:
Antennenmaterial = Hoch-T_c-Bi-Cuprat
Material der Hallsensoren = Bi
A_w = 32 mm² (= 8 × 4 mm²)
L_w ≅ 1,2.10^-8 H
F = 9.10^-7 H/m (Erfahrungswert, Stand der Technik) l_b = 4 mm
The following values are assumed for a specific exemplary embodiment:
Antenna material = high T _c -Bi cuprate
Hall sensor material = Bi
A _w = 32 mm ² (= 8 × 4 mm ² )
L _w ≅ 1.2.10 ^-8 H
F = 9.10 ^-7 H / m (empirical value, state of the art) l _b = 4 mm

= 8.10^-5 m³/A.s (für Bi bekannter Wert)
w = 4000 µm
l_h = 10 µm
d_h = 1 µm
j_B = 10⁹ A/m² (für Bi bekannter Wert)
ρ = 6,5.10^-6 Ωcm (für Bi bekannter Wert)= 8.10 ^-5 m ³ / As (known value for Bi)
w = 4000 µm
l _h = 10 µm
d _h = 1 µm
j _B = 10 ⁹ A / m ² (value known for Bi)
ρ = 6.5.10 ^-6 Ωcm (value known for Bi)

Unter Zugrundelegung dieser Werte ergibt sich dann für die Feldgradientenauflösung
On the basis of these values, the result is then for the field gradient resolution

(∇B)_min = 170 fT/cm√Hz.(∇B) _min = 170 fT / cm√Hz.

Der vorgenannte Wert ist nur mit wesentlich größeren HTS- SQUIDs und bei geringerem Störpegel zu erreichen.The above value is only possible with much larger HTS SQUIDs and to achieve at a lower noise level.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde davon ausge gangen, dass auch für die Hallsensorelemente ein Bi-Material gewählt wird. Eine weitere Verbesserung ist zu erreichen, wenn man statt dessen andere Materialien für die Hallsensor elemente wählt, die einen größeren Hallkoeffizienten besit zen. Entsprechende Materialien sind dem vorgenannten Buch von U. von Borcke, Seite 30, zu entnehmen. So hat z. B. InAs einen Hallkoeffizienten von etwa 100 cm³/A.s und InAsP einen von 200 cm³/A.s bei Raumtemperatur. Durch Abkühlung der Hallsen sorelemente, insbesondere bei Verwendung von einer Gradiome terschleife mit supraleitendem Material, ergeben sich noch größere Hallkoeffizienten.In the above exemplary embodiment, it was assumed that a bi-material is also selected for the Hall sensor elements. A further improvement can be achieved if instead one chooses other materials for the Hall sensor elements that have a larger Hall coefficient. Corresponding materials can be found in the aforementioned book by U. von Borcke, page 30. So z. B. InAs a Hall coefficient of about 100 cm ³ / As and InAsP one of 200 cm ³ / As at room temperature. By cooling the Hall sensor elements, especially when using a Gradiome terschleife with superconducting material, even larger Hall coefficients result.

Bei Verwendung eines Hallsensormaterials auf Basis der Kompo nenten eines für die Gradiometer-Doppelschleife verwendeten Hoch-T_c-Supraleitermaterials besteht die Möglichkeit, den Sauerstoffgehalt gegenüber dem Supraleitermaterial so einzu stellen, dass ein verhältnismäßig hoher Hallkoeffizient zu erreichen ist. Entsprechende Maßnahmen haben zusätzlich den Vorteil, dass man die Gegeninduktivität M auch noch weiter optimieren kann.When using a Hall sensor material based on the components of a high-T _c superconductor material used for the gradiometer double loop, it is possible to set the oxygen content compared to the superconductor material in such a way that a relatively high Hall coefficient can be achieved. Appropriate measures have the additional advantage that the mutual inductance M can also be further optimized.

Bei dem vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass als lineare Flussspannungswandler Hallsensorelemente vorgesehen sind. Neben solchen Elementen sind für die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung jedoch auch andere magnetfeldempfindliche Sensorelemente geeignet, die eine lineare Charakteristik zeigen. So können insbesondere magnetoresistive Dünnfilmsensorelemente eingesetzt werden. Bei entsprechenden Sensorelementen kann es sich dabei zum ei nen um solche vom sogenannten "AMR-Typ" oder zum anderen um solche vom "GMR- oder vom TMR- oder vom CMR- oder vom GMI- Typ" handeln, die gegenüber AMR-Typ-Elementen einen ver gleichsweise erhöhten magnetoresistiven Effekt zeigen. Diese unter der Bezeichnung "XMR-Technologie" zusammengefassten Ty pen sind beispielsweise aus der Veröffentlichung "XMR-Techno logien" des VDI-Technologiezentrums "Physikalische Technolo gien", Düsseldorf, August 1997 zu entnehmen.In the embodiment shown above assumed that as a linear forward voltage converter Hall sensor elements are provided. In addition to such elements are also for the sensor device according to the invention other magnetic field sensitive sensor elements suitable show a linear characteristic. So in particular magnetoresistive thin film sensor elements are used. With appropriate sensor elements, it can become an egg around the so-called "AMR type" or the other those from "GMR- or from TMR- or from CMR- or from GMI- Type "act that a ver. AMR type elements show equally increased magnetoresistive effect. These Ty summarized under the name "XMR technology" pen are, for example, from the publication "XMR-Techno logien "of the VDI Technology Center" Physical Technolo gien ", Düsseldorf, August 1997.

Aus Fig. 2 ist eine Sensoreinrichtung 15 nach der Erfindung in Fig. 1 entsprechender Darstellung zu entnehmen. Diese Sensoreinrichtung unterscheidet sich von der Einrichtung nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, dass ihre Flussantenne in Form einer Dreischleifenanordnung 16 aus drei in sich ge schlossenen, rechteckförmigen Einzelschleifen 17a bis 17c oder aus entsprechenden Flächen mit Innenlochöffnungen aufge baut ist. Die beiden äußeren Einzelschleifen 17a und 17c sind vorzugsweise identisch gestaltet. Sie sind gegenüber der zwi schen ihnen liegenden mittleren Einzelschleife 17b jeweils durch einen schmalen Spalt bzw. eine entsprechende Beabstan dung 18a bzw. 18b getrennt. In diesen Beabstandungen ist je weils ein streifenförmiges Hallsensorelement 6 bzw. 7 ange ordnet; insbesondere werden die Beabstandungen von diesen Elementen überbrückt. Dabei sind die seitlichen Ränder des Hallsensorelementes 6 mit der linken äußeren Einzelschleife 17a und der mittleren Einzelschleife 17b kontaktiert, während in entsprechender Weise das Hallsensorelement 7 mit der rech ten äußeren Einzelschleife 17c und der mittleren Einzel schleife 17b galvanisch verbunden ist. Die Hallsensorelemente können dabei jeweils in den Kontaktbereichen die Einzel schleifen geringfügig überlappen oder auch an diese Schleifen entsprechend Fig. 1 angrenzen. Über die Einzelschleifen 17a bis 17c und die sie galvanisch verbindenden Hallsensorelemen te 6 und 7 wird ein Einstellstrom I_B geführt. Zur Abnahme der an den Hallsensorelementen hervorgerufenen Hallspannungen sind diese Elemente an einer Seite über einen streifenförmi gen Verbindungsleiter 19 derart elektrisch in Reihe geschal tet, dass sich die Anteile ihrer Hallspannungen, die durch die gradientenfreien Anteile des detektierten Magnetfeldes bzw. Störfeldes hervorgerufen sind, zumindest weitgehend kom pensieren. Die Komponenten E_H1 und E_H2 weisen in die gleiche Richtung. Bei einem gradientenfreien Feld sind nämlich E_H1 und E_H2 gleich in Amplitude und Richtung. Die Folge davon ist, dass für diesen Fall V_H = V_H1 - V_H2 ≅ 0 gilt. Dabei sind V_H1 und V_H2 die Hallspannungen an den einzelnen Hallsensorele menten 6 bzw. 7 und V_H die resultierende (Gesamt-)Hallspan nung. Die bzgl. des Verbindungsleiters 19 gegenüberliegenden Enden der Hallsensorelemente sind mit Kontaktflächen 20a bzw. 20b verbunden, die als Abgriffe für die gesamte Hallspannung V_H dienen. Auch hier ist somit die Netto-Hallspannung propor tional dem Feldgradienten über der Flussantenne.From Fig. 2, a sensor device is shown in 15 of appropriate according to the invention in Fig. 1 representation. This sensor device differs from the device of FIG. 1 essentially only in that its flux antenna in the form of a three-loop arrangement 16 from three self-contained, rectangular single loops 17 a to 17 c or from corresponding surfaces with inner hole openings is built up. The two outer individual loops 17 a and 17 c are preferably designed identically. They are separated from the intermediate individual loops 17 b between them by a narrow gap or a corresponding spacing 18 a or 18 b. In these spacings a stripe-shaped Hall sensor element 6 or 7 is arranged; in particular, the spacing is bridged by these elements. The lateral edges of the Hall sensor element 6 with the left outer single loop 17 a and the average single loop 17 are in contact b, while in a corresponding manner, the Hall sensor element 7 with the computationally th outer individual loop 17 c and the middle individual loop 17 b is electrically connected. The Hall sensor elements can each slightly overlap the individual loops in the contact areas or also adjoin these loops according to FIG. 1. A setting current I _{B is} conducted via the individual loops 17 a to 17 c and the Hall sensor elements 6 and 7 which connect them galvanically. To decrease the Hall voltages caused on the Hall sensor elements, these elements are electrically connected in series on one side via a strip-shaped connecting conductor 19 such that the proportions of their Hall voltages caused by the gradient-free portions of the detected magnetic field or interference field are at least largely compensate. The components E _H1 and E _H2 point in the same direction. In the case of a gradient-free field, E _H1 and E _{H2 have the} same amplitude and direction. The consequence of this is that V _H = V _H1 - V _H2 ≅ 0 applies in this case. V _H1 and V _{H2 are} the Hall voltages at the individual Hall sensor elements 6 and 7 and V _H the resulting (total) Hall voltage. The ends of the Hall sensor elements opposite the connecting conductor 19 are connected to contact surfaces 20 a and 20 b, which serve as taps for the entire Hall voltage V _H. Here too, the net Hall voltage is proportional to the field gradient across the river antenna.

Die Materialwahl für die drei Einzelschleifen 17a bis 17c und/oder die Hallsensorelemente 6 und 7 ist entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 vornehmbar. Zweckmäßig wird für die Einzelschleifen 17a bis 17c, für den Verbindungsleiter 19 sowie für die Kontaktflächen 20a und 20b dasselbe Material vorgesehen, so dass diese Teile in einer ersten Ebene liegend ausgebildet werden können. In einer zweiten Ebene liegen dann die Hallsensorelemente 6 und 7.The choice of material for the three individual loops 17 a to 17 c and / or the Hall sensor elements 6 and 7 can be carried out in accordance with the embodiment according to FIG. 1. The same material is expediently provided for the individual loops 17 a to 17 c, for the connecting conductor 19 and for the contact surfaces 20 a and 20 b, so that these parts can be formed lying in a first plane. The Hall sensor elements 6 and 7 then lie in a second plane.

Eine entsprechende Sensoreinrichtung 15 lässt sich beispiels weise dadurch herstellen, dass man auf einem für ein Hoch-T_c- Supraleitermaterial wie Y-Ba-Cu-O geeignete Substrat, bei spielsweise aus Glas, eine Schicht des Supraleitermaterials und anschließend in-situ eine Schutzschicht aus SrTiO₃ oder aus Au aufbringt. Als Abscheidungsverfahren kann beispiels weise eine gepulste Laser-Depositionstechnik (PLD) gewählt werden. Anschließend wird dieser Aufbau mittels Photolitho graphie und Ionenstrahlätzens zu der Dreifachschleife 16, dem Verbindungsleiter 19 und den Kontaktflächen 20a und 20b strukturiert. Im Bereich der Beabstandungen 18a und 18b wird dann eine Schicht z. B. aus halbleitendem Bi mittels Elektro nenstrahl- oder thermischen Verdampfens aufgebracht. Diese halbleitende Schicht wird anschließend zu den beiden Hallsen sorelementen 6 und 7 strukturiert. A corresponding sensor device 15 can be produced, for example, by placing a layer of the superconductor material on a substrate suitable for a high-T _c superconductor material such as Y-Ba-Cu-O, for example made of glass, and then a protective layer in situ from SrTiO ₃ or from Au. A pulsed laser deposition technique (PLD) can be selected as the deposition method. This structure is then structured by means of photolithography and ion beam etching to form the triple loop 16 , the connecting conductor 19 and the contact areas 20 a and 20 b. In the area of the spacings 18 a and 18 b, a layer z. B. from semiconducting Bi by means of electric nenstrahl- or thermal evaporation. This semiconducting layer is then structured into the two Hall sensor elements 6 and 7 .

Da insbesondere Hallsensorelemente lineare Sensorelemente sind, können mit ihnen vorteilhaft Sensorarrays aufgebaut werden, die nur mit einem gemeinsamen Einstellstrom I_B se riell versorgt werden. Die den Einstellstrom führenden Teile der Flussantenne kann man dann komplett supraleitend ausfüh ren, so dass ohmsche Verluste nicht auftreten. Dies ist inso fern wichtig, da die Empfindlichkeit der Sensoreinrichtungen proportional mit dem Einstellstrom zunimmt. Darüber hinaus ist durch eine effiziente Kühlung ein größerer Einstellstrom durch die einzelnen Hallsensorelemente zu leiten als es bei Raumtemperatur wegen dann auftretender Aufheizeffekte möglich wäre.Since Hall sensor elements in particular are linear sensor elements, sensor arrays can advantageously be constructed with them, which are supplied only with a common setting current I _B serially. The parts of the flux antenna carrying the setting current can then be designed to be completely superconducting, so that ohmic losses do not occur. This is important because the sensitivity of the sensor devices increases proportionally with the set current. In addition, efficient cooling means that a larger set current is passed through the individual Hall sensor elements than would be possible at room temperature due to the heating effects that would then occur.

Fig. 3 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine ent sprechende Ausführungsform einer Arrayanordnung 22. Diese Ar rayanordnung weist vier Untereinheiten U1 bis U4 auf, die je weils aus einer Sensoreinrichtung 15 nach Fig. 2 bestehen. Diese Sensoreinheiten sind so in Führungsrichtung des Ein stellstromes I_B hintereinandergeschaltet, dass benachbarte äußere Einzelschleifen 17a und 17b jeweils über streifenför mige Verbindungsleiter 23 miteinander verbunden sind. Die an den einzelnen Sensoreinrichtungen abnehmbaren Gesamthallspan nungen sind mit V1 bis V4 bezeichnet. Fig. 3 shows a highly schematic representation of a corresponding embodiment of an array 22nd This Ar ray arrangement has four subunits U1 to U4, each of which consists of a sensor device 15 according to FIG. 2. These sensor units are connected in series in the guide direction of the actuating current I _B in such a way that adjacent outer individual loops 17 a and 17 b are each connected to one another via strip-shaped connecting conductors 23 . The total Hall voltages that can be removed from the individual sensor devices are denoted by V1 to V4.

Selbstverständlich sind auch für die erfindungsgemäßen Aus führungsformen nach den Fig. 2 und 3 als magnetfeldemp findliche, lineare Sensorelemente magnetoresistive Elemente wie für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendbar.Of course, magnetoresistive elements as for the exemplary embodiment according to FIG. 1 can also be used for the inventive embodiments according to FIGS . 2 and 3 as linear sensor elements sensitive to magnetic field.

Claims

1. Magnetic field-sensitive sensor device in thin-film technology with a flux antenna and an associated flux voltage converter with a linear sensor element, as characterized in that
the flux antenna is designed as a three-loop arrangement ( 16 ) with two outer individual loops ( 17 a, 17 c) and a central single loop ( 17 b) located between them and spaced apart from them
such as
the forward voltage converter is designed with two linear sensor elements ( 6 , 7 ) which are each arranged in the spacings ( 18 a, 18 b) between the outer individual loops ( 17 a, 17 c) and the middle single loop ( 17 b),
the sensor elements ( 6 , 7 )
are connected in series so that their voltage signals caused by the gradient-free components of the magnetic field are at least largely compensated for,
and
each form a galvanic connection between the adjacent individual loops ( 17 a, 17 b or 17 b, 17 c), so that the three-loop arrangement ( 16 ) has a gradiometer property.

2. Sensor device according to claim 1, characterized by one of the middle single loop sym (17 b) with respect to parametric design and arrangement of two outer single loop (17 a, 17 c) of the three loop assembly (16).

3. Sensor device according to claim 1 or 2, characterized characterized that the river antenna from electrically normal conductive material.

4. Sensor device according to claim 1 or 2, characterized characterized that the river antenna from sup conductive material.

5. Sensor device according to claim 4, characterized in that the superconducting material is an oxidic high-T _c superconductor material.

6. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that connec tion conductor ( 19 ) and contact surfaces ( 20 a, 20 b) of the linear sensor elements ( 6 , 7 ) are formed from the material of the flux antenna ge.

7. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the li near sensor elements ( 6 , 7 ) are Hall sensor elements.

8. Sensor device according to claim 7, characterized in that the Hall sensor elements ( 6 , 7 ) are of the 4-contact type.

9. Sensor device according to claim 7 or 8, characterized by marked Hall sensor elements ( 6 , 7 ) in strei fenform.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the Hall sensor elements ( 6 , 7 ) on the basis of a high-T _c superconductor material with different stoichiometry are formed.

11. The device according to claim 10, characterized in that the material of the Hall sensor elements ( 6 , 7 ) differs in terms of the proportion of the oxygen component from the high-T _c superconductor material.

12. Sensor device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the Hall sensor elements ( 6 , 7 ) are formed from a semiconducting material with a Hall coefficient of at least 100 cm ³ / As.

13. Sensor device according to one of claims 7 to 12, characterized in that cooling of the Hall sensor elements ( 6 , 7 ) is provided.

14. Sensor device according to one of claims 1 to 6, there characterized by that the linear Sensor elements are magnetoresistive sensor elements.

15. Sensor device according to claim 14, characterized ge indicates that the magnetoresistive sen sorelemente thin-layer systems with increased magnetoresisti are effect.

16. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized as a subunit of an array arrangement ( 22 ) of several such subunits (U1 to U4).

17. Sensor device according to claim 16, characterized in that adjacent subunits (U1 to U4) on mutually facing outer individual loops ( 17 c, 17 a) are connected in series.