Кріогенний болометр
До СВІДОЦТВОМ
Відомство СРСР (ГОСПАТЕНТ СРСР) 1 (21) 2929586/25 (22) 2205.80 (46) 15.1193 Бюл. Na 41-42 (72) Панкратов НА; Куликов Ю,8„Нарикнн Н.І„Ма(в) Я (п) 888670. Al (51) 5 G01Л 20 лярів 8Г. (54) КРІОГЕННИЙ 80JIOMETP (57) 888670 а=вЂ"
Пропоноване винахід відноситься до техніки реєстрації та вимірювання інфрачервоного випромінювання, а саме до глибокоохолоджуваних напівпровідникових болометрів. Воно може бути використане в спектроскопії, в дослідженнях з фізики твердого тіла, фізиці плазми, процесів енергообміну в молекулярних пучках, астрономічних та інших дослідженнях в інфрачервоній області спектру.
Відомий болометр, що містить напівпровідниковий термочутливий елемент.
Недоліком цього болометра є низька чутливість.
Найбільш близьким технічним рішенням є кріогенний болометр, що містить напівпровідниковий чутливий елемент, Робота цих болометрів заснована на стрибковій провідності в матеріал термочутливого елемента, Необхідною умовою її прояву є наявність у матеріалі компенсуючої домішки при певній концентрації основний, У германієвих болометрах концентрація основний 5 10 см і вибирається відповідно до необхідного інтервалу робочих температур. Чутливість болометра прямо пропорційна температурному коефіцієнту опору матеріалу термочутливого матеріалу, який у разі прояву одного механізму провідності пропорційний енергії активації Eg де k вЂ" постійна Больцмана;
Т вЂ" абсолютна температура.
Енергія активації стрибкової провідності у Німеччині, що використовується для побудови болометрів, не перевищує
1,2 10 еВ, а в кремнії 5,5 10" еВ. Таким чином,германієві болометри, що працюють на стрибковій провідності при
Т > 4.2 До, мають Ial «0,8 До, а кремнієві вЂ" 1а! w3,6 К-1
При вирішенні певних завдань чутливість таких болометрів зграї недостатньою.
Мета винаходу вЂ" збільшення чутливості болометра.
Зазначена мета досягається тим, що в кріогенному болометрі, що містить напівпровідниковий термочутливий елемент, термочутливий елемент
35 повний з матеріалу, що має при робочій температурі домішкову провідність, Чутливий матеріал може бути виконаний иэ германію, легованого елементами третьої та п'ятої груп, при цьому концентрація легуючої домішки становить 3 .10 см вЂ" 3 10 см .
На фіг,1 зображено описуваний кріогенний болометр; на фіг.2 вЂ" експериментальні криві температурної залежності питомого опору зразків германію, легованого гелієм з різною концентрацією домішок; на фиг.3вЂ" залежність температурної коефіцієнта опору болометра від температури.
Кріогенний болотомер містить напівпровідниковий термочутливий елемент 1, до контактних майданчиків 2 приєднані металеві дроти 3, що забезпечують потрібний тепловий зв'язок термочутливого елемента з деталями теплового фільтра 4 і електричний контакт з електронною частиною приладу. Для поліпшення поглинання чутливий елемент покритий чорним 5. Тепловий фільтр має безпосередній тепловий контакт з гелієвим кріостатним резервуаром.
При поглинанні інфрачервоної радіації термочутливий елемент нагрівається на AT та його опір змінюється на hR - а R ЬТ, що реєструється електронною схемою.
Відгук болометра на зміну його температури пропорційна, Температурний коефіцієнт on вирізняютьпро формулу де p вЂ" питомий опір, На фіг.2 наведені експериментальні залежності питомого опору в логарифмічному масштабі від зворотної температури зразків германію, легованого галієм і компенсованого сурмою. Концентрація домішок цих матеріалів збільшується від 3 до 10 см до
4 10 см. При найнижчих темпера16 -3 турах вс:= зразки виявляють стрибкову провідність (ділянки показані штрихпунктирними лініями), з підвищенням температури спостерігаються перехідні області від стрибкової провідності до домішкової (штрихові лінії і далі настає домішкова провідність (суцільні лінії), області звужуються, опір при одній і тій же температурі зростає, а домішкова провідність проявляється до нижчих температур.
На ділянках прояву одного механізму p = А ехр (Ea/aT). де А вЂ" постійна, енергію активації визначають за нахилом 5 .залежності логарифму питомого опору від зворотної температури, Температурний коефіцієнт опору .в цьому випадку
Енергія anивації стрибкової провідності зразків, температурні залежності р яких показані на фіг.2, становить 1,1-1,2 10 еВ, а домішкової
На фіг,3 показана температурна за20 висимість а болометра з германію, легованого галієм. Ділянки, відповідні стрибкової провідності, перехідної області та домішкової провідності показані лініями, що і на фіг.2. Графік показує, що на фіг.2.
Графік показує. що а, що відповідає домішковій провідності, при Т - 6,6
До в 5 4 рази перевищує а, що відповідає стрибковій провідності при 4,2 До, і в 1 9 рази FI при Т - 6.5 До матеріалів
1. КРІОГЕННИЙ БОЛОМЕТР, містить 35 напівпровідниковий термочутливий елемент,відрізняється тим, що. з метою збільшення чутливості, термочутливий елемент виконаний з матеріалу, що має при робочій температурі - 40 ратурі домішкову поволімість. відомих болометрів із найбільшою енергією активації стрибкової провідності.
При рівні фону 1,5 10 Вт недоцільно-4 образно вибирати температуру бази болометра нижче 4,2 До і навіть оптимальна температура болометра в цьому випадку 5 вЂ" 8 До.
Найбільш оптимальні концентрації легіру інших домішок при цьому становлять
3 10 смз вЂ" 3100 8смз.
Запропонований болометр, розрахований на рівень фону 1.5 10 Вт, при тепловому зв'язку чутливого елемента з базою 4,8. 10 Вт К і оптимальній температурі 6,7 К на частоті 12,5 Гц має вольтватну чутливість 4 9 .10 В ° Вт 1, в два і більше разів перевищує вольт-ватну чутливість всіх відомих глибокоохолоджуваних напівпровідникових болометрів, що працюють на стрибковій провідності. ж умовах. Це дозволяє при існуючих струмових шумах у болометрах реалізувати теоретичну межу порогової чутливості, яка визначається в названій задачі флуктуаціями фону. (56) Марков М.М. Приймачі інфрачервоного випромінювання. М: Наука., 1968, с.118-121.
Панкратов Н.А, та Коротков В,П. Напівпровідникові глибокоохолоджувані болометри, Оптико-механічна промисловість, 1974, М 2, с.47вЂ" - 63, 2. Болометр п,1, який відрізняється тим, що термочутливий елемент виконаний з германію, легованого елементами третьої і п'ятої груп.
3. Болометр п.2, який відрізняється тим, що концентрація легуючої домішки становить 3 10 см вЂ" до 3 10 см
Редактор М.Кузнєцова Техред М Моргентал Коректор С.Юско
Тираж Передплатне АППО "Пошук" Роспатенту
113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., 4/5
Виробничо-видавничий комбінат "Патент", t, Ужгород, вул. Гагаріна, 101