Bolometer und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Bolometer, bei dem ein temperaturempfindlicher Widerstand mit einem Absorptionskörper für die zu messende Strahlung in wärmeleitender Berührung ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bolometers.
Die Erfindung hat den Zweck, einen Bolometer der oben erwähnten Art zu schaffen, mit dem äusserst schwache Strahlungen gemessen werden können.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Mikrothermistoren vorgeschlagen, bei dem zwei Elektroden durch wiederholtes Eintauchen in eine Atz- flüssigkeit mit äusserst dünnen zugespitzten Enden versehen werden, auf welche durch wiederholtes Eintauchen in eine Suspension eines fein verteilten halbleitenden Materiales in einer Flüssigkeit eine geringe Menge des halbleitenden Materiales aufgebracht wird, woraufhin die Elektroden einander mit den Enden axial gegenübergestellt werden und das auf die Enden aufgebrachte halbleitende Material durch Wärmezufuhr geschmolzen wird. Es entsteht dabei ein annähernd kugelförmiger Körper aus dem halbleitenden Material, der die Elektroden miteinander verbindet.
Mittels dieses Verfahrens können Ther mistüren mit einem Durchmesser von 1 bis 10 Mikron oder sogar noch weniger hergestellt werden.
Ein solcher Thermistor wird in dem Bolometer gemäss der Erfindung verwendet.
Gemäss der Erfindung ist ein annähernd kugelförmiger Thermistor mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikron in punktförmiger Berührung mit einem äusserst dünnen, geschwärzten Goldplättchen mit einer Oberfläche von der Grössenordnung von 1 mm2, das mittels einer ringförmigen, den Berührungspunkt umgebenden Harzschicht am Thermistor befestigt ist.
Zur Steigerung der Festigkeit des Gebildes kann das Goldplättchen ausserdem auf beiden Seiten des Berührungspunktes an den Elektroden des Thermi stors s befestigt sein; für diese Befestigung kann gleich- falls Harz verwendet werden. Die Stärke des Goldplättchens wird möglichst klein gewählt und kann beispieisweise weniger als 0,01 Mikron betragen.
Für die Befestigung wird vorzugsweise ein Silikonharz verwendet.
Das beispielsweise rund, nechteckig oder quadra- tisch gestaltete Goldplättchen wird, um die Wärmt trägheit auf einen Mindestwert zu beschränken, möglichst klein gewählt; der Durchmesser kann z. B. 0,2 bis 0,3 mm betragen. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, dass die zu messende Strahlung in manchen Fällen nicht mehr vollständig auf das Plättchen konzentriert werden kann, weil bei den üblichen optischen Mitteln der Durchmesser des Brenufleckes im allgemeinen nicht kleiner als etwa 1 mm gemacht werden kann. Das Plättchen kann dann nur einen Teil der zu messenden Strahlung absorbieren, so dass die Empfindlichkeit abnimmt.
Auch gibt es Fälle, in denen der Durchmesser des Plättchen kleiner als eine Viertelwellenlänge der zu messenden Strahlung ist, so dass das Plättchen für die Strahlung tnansparent wird.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und zu gleicher Zeit eine sehr grosse Empfindlichkeit und eine sehr geringe Wärmeträgheit zu erzielen, ist das Plättchen bei leiner zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung im Brennpunkt eines zwischen den Elektroden des Thermistors befestigten Hohlspiegels mit einem Brennpunktabstand von der Grössenordnung von 0,5 mm angeordnet. Der Spiegel konzentriert die Strahlung vollständig auf die Oberfläche des Plättchens und führt gleichzeitig durch eine Interferenzerscheinung eine scheinbare Verringerung der Wellenlänge herbei, so dass eine Transparenz des Plättchens vermieden wird. Die Anforderung, dass der Durch messer grösser als eine Viertelwellenlänge der Strahlung sein soll, gilt nunmehr für den Spiegel, statt für das Plättchen.
Der Spiegel besteht vorzugsweise aus einem kreisförmigen Aluminiumblech mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm, das mittels eines Stempels schüsselförmig gemacht worden ist. Die Aufhängung des Spiegels erfolgt entweder indem der Rand mit Harz an den Elektroden befestigt wird oder indem die Mitte des Spiegels an leinem zwischen den Elektroden angeordneten Draht oder Rohr aus Glas oder Quarz befestigt wird. Erwünschtenfalls können beide Befestigungen zu gleicher Zeit Anwendung finden. Der Spiegel ergibt den zusätzlichen Vorteil, dass die mechanische Festigkeit des Gebildes gesteigert wird und dass etwaige Schwingungen der Elektroden gedämpft werden.
Die Herstellung des Bolometers gemäss der Erfindung kann in zweckmässiger Weise dadurch erfolgen, dass aus einer durch eine chemische Behandlung geschwärzte Goldfolie ein Plättchen mit einer Oberfläche von der Grössenordnung von 1 mm2 ausgeschnitten und auf eine Heizplatte gelegt wird, und dass auf den mittels eines elektrischen Stromes geheizten Thermistor mit einer geheizten Nadel ein Tropfen eines Silikonharzes angebracht wird, woraufhin der Thermistor von oben her mit dem Plättchen in leichte Berührung gebracht wird, wobei das Silikonharz durch die Kapillarwirkung ringförmig ausfliesst.
Die Goldfolie, von der bei dem obigen Verfahren ausgegangen wird, kann aus dem in der Buchbinderei verwendeten gehämmerten Gold bestehen, das in Durchsicht eine dunkelblaue Farbe hat; man kann aber auch von einer durch Vakuumaufdampfung erhaltenen Goldfolien ausgehen, die in Durchsicht rosa aussieht. In beiden Fällen kann die Schwärzung in zweckmässiger Weise durch eine elektrolytische Behandlung erfolgen, bei der ein Platinsalz als Elektrolyt dient, so dass auf das Gold eine dünne Platinschicht niederschlägt. Die Stärke der Folie wird durch diese Behandlung kaum vergrössert.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Teil eines Bolometers gemäss der Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht das bevorzugte Verfahren zur Herstellung dieses Bolometers.
Fig. 3 veranschaulicht die Herstellung des bei dem Bolometer gemäss der Erfindung verwendeten Hohlspiegels.
Fig. 4 zeigt diesen Spiegel in Vorderansicht.
Fig. 5 zeigt im Querschnitt einen Bolometer, bei dem der Spiegel nach Fig. 4 Anwendung findet.
Fig. 6 veranschaulicht ! ein zweckmässiges Verfah- ren zur Herstellung einer Goldfolie.
Der in der Fig. 1 dargestellte Bolometer besteht aus einem annähernd kugelförmigen Thermistor 1 mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikron, beispielsweise von 2 Mikron, der die zugespitzten
Enden 2 und 3 von zwei Elektroden miteinander verbindet und durch eine ringförmige Harzschicht mit einem Goldplättchen 5 verbunden ist. Das Plättchen
5 ist durch eine chemische Behandlung geschwärzt und hat eine Stärke von 0,1 Mikron oder weniger sowie einen Durchmesser von 0,2 bis 0,3 mm.
Das Plättchen kann eine runde, rechteckige oder quadratische Form haben. Zwischen dem Thermistor
1 und dem Plättchen 5 besteht eine direkte punktförmige Berührung, die eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. Zur Steigerung der Festigkeit des Gebildes ist das Plättchen noch durch zwei Harzperlen 6 und 7 mit den Enden 2 und 3 der Elektroden verbunden.
Gemäss der Fig. 2 wird zwischen die Elektroden 8 und 9 eines Thermistors die Reihenschaltung eines Regelwiderstandes 10 und einer Stromquelle 11 angeschlossen, so dass durch den Thermistor ein regelbarer elektrischer Strom fliesst, der den Thermistor aufheizt. Mittels einer Nadel 12, die mit Hilfe einer Wicklung 13 gleichfalls geheizt wird, wird ein Tropfen 14 eines Silikonharzes auf den Thermistor 1 aufgebracht. Die in dieser Weise auf den Thermistor übertragene Harzmenge ist von den Temperaturen der Nadel und des Thermistors abhängig. Ist die Nadel heisser als der Thermistor, so haftet am Thermistor eine erhebliche Harzmenge; ist die Nadel kälter als der Thermistor, so bleibt nur eine geringe Harzmenge auf dem Thermistor zurück.
Durch eine geeignete Einstellung der Temperatur kann somit die auf den Thermistor angebrachte Harzmenge sehr genau dosiert werden.
Inzwischen hat man das Goldplättchen 5 auf eine Heizplatbe 15, gelegt, deren Strom nunmehr eingeschaltet wird. Der Thermistor 1 wird nun, beispielsweise mittels einer Mikrometerschraube, mit der anhaftenden Harzmasse herunterbewegt, bis eine leichte Berührung zwischen dem Thermistor und dem Plättchen 5 auftritt. Das Harz fliesst dabei durch die Wirkung der Kapillarkräfte ringförmig aus, so dass die in der Fig. 1 dargestellte ringförmige Harzschicht 4 entsteht.
Gemäss der Fig. 3 wird ein kreisförmiges Aluminiumblech 16 mit einem Durchmesser von 1 bis 1,5 mm auf eine biegsame, z. B. aus Gummi oder Linoleum bestehende Unterlage 17 gelegt und mittels eines Stempels 18 schüsselförmig ausgebogen, so dass der in der Fig. 4 mit 19 bezeichnete Hohlspiegel entsteht.
Gemäss der Fig. 5 wird der Spiegel 19 mittels Harzperlen 20 und 21 an den Elektroden des Thermistors befestigt. Ausserdem ist zwischen den Elektroden mittels Harzperlen 22 und 23 lein Träger 24 angeordnet, der z. B. aus einem Glasdraht oder einem Quarzrohr mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,1 mm besteht und der mittels einer Harzperle 25 an der Mitte des Spiegels befestigt ist. Der Spiegel 19, der einen Brennpunktabstand von 0,3 bis 0,5 mm haben kann, konzentriert die einfallende Strahlung auf das Plättchen 5.
Die Fig. 6 zeigt ein zweckmässiges Verfahren zur Herstellung der Goldfolie, aus der das ;Piätt- chen 5 ausgeschnitten wird. Bei diesem Verfahren verwendet man ein Vakuumgefäss 26, in dem z. B. ein Druck von 10-3 Torr vorherrscht. In dem Gefäss 26 befindet, sich ein zweites Gefäss 27, das mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist und das am oberen Ende durch eine Aluminiumfolie 28 mit einer Stärke von 5 bis 10 Mikron abgeschlossen ist. Das Vakuumgefäss enthält weiterhin einen aus Gold hergestellten Glühkörper 29, der von einem elektrischen Strom geheizt wird, so dass das Gold verdampft und gemäss den Pfeilen auf die Aluminiumfolie 28 übertragen wird.
Nachdem in dieser Weise auf die Aluminiumfolie eine Goldschicht mit der gewünschten Stärke aufgebracht worden ist, wird das Aluminium durch Ätzen entfernt, so dass eine äusserst dünne Goldfolie zurückbleibt. Diese Goldfolie wird auf ein geeignetes Gitter übertragen und einer lellektrolyti- schen Behandlung ausgesetzt, bei welcher auf das Gold eine dünne Platinschicht aufgebracht wird, die die erwünschte Schwärzung herbeiführt. Längs der Maschen des Gitters können nunmehr aus der Goldfolie die Plättchen 5 ausgeschnitten werden.