Многоэлементный сверхпроводящий болометр

Многоэлементный сверхпроводящий болометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И, . Н И Е Ill)747370

ИЗОТ " ; ЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ (611 опОлнптсль IOc и аВТ. Свпд-Ву (22) Заявлено 28.11.78 (21) 2689757 18-25 (51) М. Кл.

Н 01L 40 00

С l7PHCOCIHHCIIIIC><1 Заявни ¹

ГосУдаРственный комите (231 1-1 и и

CCCP по делам изобретений и открытий (43) Опубл,!;o!sal;0 23.09.82. Бюлг!стснь X 35 (45) Дата 0»i бликования описания 23.09.82 (53) УДК 621.326 (088.8) (72) Авторы пзобретс !пя

В. H. Алфеев, А. В. Вербило, Д. П. Колесников, B. А. Коноводченко и А. В. Тябликов (71) ЗаяВтггсль (54) МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ

БОЛОМЕТР

Изобретение относится к конструкции болометрических приемников излучения, в частности к боломстрическим приемникам излучения опти !еского дпапазо.!а, Прела!агаемая конструкциsI болометра прсимуществспHO»OH

Известны свсрхпроводящпс болометры (1 и 2), в которых !увствительным элементом служит сверхпроводнпк первого рода, нанесенный на пластину кварца или стекло, края которой лежат ца массивном медном основании — тсплостокс, а теплоперенос от чувствительного элеме!:та к теплостоку осушсствляется через чувствитсльпый элемент.

Извести!>! Также ОолОметры, B которых чувствитель<;ь.й элеме!п выполи H в вп,тс оловянной п,тепки, панссепной на слю,!яHvIo II 07 7 0 K >, Ho;>.70!HI(II c II.7 cI! I::0É вешивастся на нейлоновых растяжках к основанию — теплостоку из латуни, чем;>остигастся малая теплопроводпость G

=10 — Дж 1(- от чувствптсльцоc0 элемента к тсплостойкости (3 .

Не,!остатками болометров этого тина явбо 7!>HIoII размер >I>, BcTBH с. !Вно!0 элемента (10;>(0,3 —: 10;к,0,1 мм -), низкая рабочая температура ((4,2 К), отсутст. вие поглощающего покрытия, низкое сопротивление (-1 ом) чувствительного

5 элсмен!та в рабочей точке, сложность изготовления, на 7Н«Не одного чувствительного элемента, что позволяет регистрировать излучение в одной точке фокальной плоскости. !

Наиболее близким к изобретению является болометр j4j, в котором чувствительньш элемент включает тонкую сапфировую пластину размером 4+4 мм и толщиной !

5 0,05 мм, на лццевой стороне которой сфор мпрован тонкоплеHQ:шый сверхпроводящий датчик из алюминия, а на обратную сторону нанесен тонкий слой висмута, яв7яющпйся поглотителем падающего излу-!! чения. Чувствительный элемент подвешен на нейлоновых растяжках к осповацию— тсплостоку, чем достигается малая теплопроводпость (G) от чувствительного элементаа и теплостоку. В описанной конструкции;!остпгнуты значения G=1,4.10 — Вт/К и теплоемкостп болометра С= 1,2.

10 -" Дж< К, что при токе через болометр

5>3 мкА приводит к постоянной времени т =- 8,3.10 - сек и вольтватной чувствитс !Вности 5 = 3,7 10" В1В.

747370

Несмотря на весьма высокие параметры болометра, он обладает рядом недостатков.

Большой размер чувствительного элсмепта не позволяет использовать эти болометры в системах формирования тепловых изобрансений без пространственного сканирования. Системы с мпогоэлемент:(ыми приемниками матричного типа для работы в дальнем ИК-дна(!азоие неизвестны. Отмечаются большая теплоемкость чуBcTBHтельного элемента из-за значительной массы подло кки и большая теплопроводность из-за большого сечения теплопрозодящих элементов. Невыгодное размещение поглощающего покрытия на обратной стороне подложки снижает эффективность болометра. Использование сверхпроводников первого рода приводит к рабочим температурам Гн же точки кипения жидкого гелия.

Целью изобретения является обеспечение од; овременной регистрации излучения в разли>шых точках плоскости изображения, по(-ышение чувствительности, быстродействия и повышения рабочей температуры.

Поставленная цель достигается тем, что сверхпроводящий чувствительный элемент сформирован из группы идентичных датчиков, термически изолированных друг от друга и расположенных на диэлектрической пленке толщиной порядка 1 — 2 мкм из аморфного или поликристаллического диэлектрика, в которой выполнены прорези, разделяющие соседние датчики, края которой лежат на несущем основании, являющемся нагревателем, поглотитель жс расположен на каждом датчике и изолироBBII от последнего пленкой диэлектрика.

Несущее основание выполнено из монокристаллического полупроводника, обладающего анизотропией травления, например из кремния, а датчик выполнен из сверхпроводника второго рода.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На основании 1 из кремния ориентации (100) сформирована тонкая пленка аморфного диэлектрика 2, которым служит трехслойная композиция 5(зК4 — SION — SigN4, Толщи а слоев этой композиции составляет соответственно 0,05, 10 и 0,05 мкм, На поверхности аморфного диэлектрика с помощью вакуумного осаждения и последующей фотолитографии сформированы тонкопленочные чувствительные дат:..ики 3 Б форме меандра, занимающего п.чощадь

100 (100 мкм.

Для уменьшения теплоотвода от чувствительных датчиков и устранения тепловой связи между ними через основание 1 сделана вышка 4 вплоть до пленки диэлсктрпка 2. Д((я устранения теплоьой связи между соседними элементами в диэлектри;сской пленке выполнены прорези 5. Для увеличения коэффициента поглошения боi

15 >О од

30 з:-

>1;">

50 г5

БО

65 лометра сверху каждогo чувствительного датчика нанесен слой поглотителя из висмута б толщиной 0,05 мкм, отделенный от чувствительного датчика пленкой диэлектрика толщиной поря.-.KB 0,2 мкм, Для по,".— дсржания Бссй Груп.lbl элементов прн рабочей тсмпсратурс oclIQBHHI(IO 1, являю(цс."(1ся нагрсватсле л, с двух сторон прикрсп ici!»i к((итакты,,ля пропускания через подло>кку ГО((а с последующим Быделенисл(;(жоулсво>Г > Tci>. !.-.. Igo(ITBKT!>I 7 ра(полагаются на (иэлектрической плс .:;. 2, а контактирова(> ис с 11одложкс1й О.у(цестБлястся чсрез HIP, IP05pBHHoP. 0Kiio 8 Б пл(.ике диэлектрика.

Такая конструкция боломстра реализусТсН изв(.стн1>1,; è лlс 1 О,(;(и и лlпl;роэлсктрОни >(и . !р!l pаоотc 00„ !Ол!с .тр нод IppживаpTС>1 Б интервале (e;il(сратуры свсрхпроводящ Го пср >хода л(атс.риала датчика 3 с помощью

НОдачи нсобхОд (>IOÃO и(1 пряжсния н(! НОнтакты 7 нагрев",TcëH. Через !ат:ик 3 протекает заданный ток !. Па (ающес излучсние пОГлощастс 1 I >>Бствитс.!Бпы (Э.(c:>(cl тол(, что приводит к новь!шснл!(о температуры датчи са, его сопротивс(с(-ия и, следов:те. 1 ы l о, к у в си и ч си и !О 11 а пп> я: к е н и >1 н а н (. .

Чувствитслы!ость S и постоя(пая вре лени болометра т определяется следующими соотноше: и с е

Где Б — коэффициент поглощения излучения, I ра(, >чий т Гк через чувств((тсльиый элемс и эфсрептпвпая; (i,. -- теii. 1;:пpово;(ноетi От боло .Стр-i к тсплостоку;

R - — СОI!I;Отив I(нис ч>, БсTBНTcл!>HО(0 элслlсита; ,(- - тсмпср((тл ра.

Изл ср l!HOc зна I(."illP. ((1с,(clT для пленок ."(Ъ составляст 2;;,10> ол!Я., Ел(! поглощающего покрьиия из В! пленки Б==-0,5. Tcn:IOHPOBO,i li0CТ 1> ДЛЯ HP =, >I BÃBCÌOÈ KOHCTP> Kции составля >т С(8;;10 — дж К вЂ” с — .

Теплоем кость чувствительного датчика

С = 8,2.10 — -,(ж К-". Тогда согласно (1)

I10 I>, >iBCTCil HpH TOKC 1 =-= 3 л(КА

S =- 10 В,,(ВТ- т.: 10 — "" с.

Таким образом, предлагаемый болометр позволяет получит;. следующие техникоэкономические преимущества. Возможность создания оптоэлектронного устройства для о.(повременной pp!»cTpB!r(м и д (льнем И1х-диапазоне.

Повьш(еиис чувствительнссти 1(а 1,5 поря ка и быстродсйствпя на 2,3 порядка по

cpaBHei!«;0 с известны»IH ооломстрами.

HOB(I!Bc!ièñ рябо сй температуры с 1 —: —:2 К до 9 —:10 К, ио существенно при низких температурах.

747370

Формула изобретения

1. Многоэлементный сверхпроводящий болометр, включающий несущее основаii::е, поглотитель излучения, сверхпроводящий чувствительный элемент и нагрсвзгс;II,, отл и чаю щи йся тем, что, с целью обеспечения одновременной регистрации излучения в различных точках плоскости изображения, повышения чувствительности быстродействия и рабочей температуры, сверхпроводящий чувствительный элемент сформирован из группы идентичных датчиков, термически изолированных друг от друга и расположенных на;1иэлсктрической пленке толщиной порядка 1—

2 мкм из аморфного или поликристаллического диэлектрика, в которой выполнены прорези, разделяющие соседние датчики, а края лежат на несущем основании, являющемся нагревателем, поглотитель жс расположен поверх каждого датчика и изолирован от последнего пленкой диэлектрика.

2. Болометр по п. 1, отличающийся тем, что несущее основание выполнено из монокристаллического полупроводника, обла,aioшего анизотропией травления, напри:1ср из кремния.

3. Болометр по и. 1, отли1ающийся тем, 1то,"атчик выполнен из сверхпровод1I1Il: i3T:)P0I 0 P0,Ia, 11ап15и1lc P 113 ItII06II5I II,I11 .3 а н а . 1115 .

Источники н11формации, 1О приьятыс 130 внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 266272, МК G 01R 17710, 1978.

2. В. А. Коноводченко, С. К. Комаревский, И. М. Дмитренко, В. М. Дмитриев, А. B. Трубицын, В. И. Карамушко. Экспериментальное исследование неизотермического сверхпроводящего болометра Труды

ФТИ11Т АН УССР, вып. 3, стр. 128, 1968.

3. За11цев P. А., Хребтов И. А. В сб. Тепловые приемники излучения, Киев, «Наукова думка», 1967, с. 25.

4. 1. Clarke, G. 1. Н011ег, P. 1. Richards

and Х вЂ” Н, Ich. «Supercovoluctive bolometers ioI Sublimeter п3 axvelenghts», 1. Арре

Phrs, -18, ¹ 12, Dec. 1977 (прототип).

747370

4 z z

C Оставитель В. Кручинкина

Техред A. Камышникова

Корректор А. Галахова

За .аз 14-!О 1О 11зд. Л 221 Тирах. 758 11одписвое

НПО «1 опек» 1 осударствсвiioiо комитета ССт;Р по делам изобретеппи и открытии

113035, Л 1осква, Ж 3>, Рпуп.скак паб., д. 4 5

1 ипотрафпв.: р С, и упова, 2