DD147872A1 - RADIATION DETECTOR FOR ABSOLUTE MEASUREMENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen kalibrierbaren Strahlungsdetektor, der fuer Absolutmessungen geringer thermischer Strahlungsleistungen geeignet ist. Dabei ist es das Ziel der Erfindung, dasz solche Messungen moeglichst schneller als bisher und mit moeglichst empfindlichen Detektoren durchgefuehrt werden koennen. Die Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungsdetektor mit einem Detektorelement moeglichst geringer Waermekapazitaet zu schaffen, wird durch konsequente Anwendung der Mehrebenen-Duennschichttechnik beim Aufbau des strahlungsaufnehmenden Detektorsystems geloest. Der Detektor ist aus einer Duennschicht-Thermosaeule, einer Temperaturausgleichsschicht, einer separaten Heizschicht u. einer Absorptionsschicht aufgebaut, wobei die Einzelschichten und die dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Schichten jeweils duenner als 1,5 mym u. das Gesamtsystem duenner als 2,5 mym sind. Die Erfindung kann z.B. vorteilhaft zur Vermessung von Strahlungsfluessen, die nur fuer die Dauer von Bruchteilen einer Sekunde zur Verfuegung stehen, verwendet werden.The invention relates to a calibratable radiation detector which is suitable for absolute measurements of low thermal radiation powers. It is the object of the invention that such measurements can be carried out as quickly as possible and with as sensitive detectors as possible. The object of the invention to provide a radiation detector with a detector element as low as possible heat capacity, is achieved by consistent application of multi-level diaphragm coating technology in the construction of the radiation-receiving detector system. The detector is composed of a thin-film thermocouple, a temperature compensation layer, a separate heating layer and the like. built an absorption layer, wherein the individual layers and the interposed electrically insulating layers each thinner than 1.5 mym u. the total system is thinner than 2.5 mym. The invention may e.g. advantageous for the measurement of radiation fluxes, which are available only for the duration of fractions of a second, can be used.
Description
-1- 2177 -1- 2177
Müller, Jürgen 07. 12. 1979Müller, Jürgen 07. 12. 1979
Ratz, PeterRatz, Peter
Zustellungsbevollmächtigt: AdW der DDR, Zentralinstitut fürDelivery Agent: AdW of the GDR, Central Institute for
Optik und SpektroskopieOptics and spectroscopy
- Patentbüro -- Patent Office -
Strahlungsdetektor für Absolutmessungen Anwendungsgebiet der ErfindungRadiation detector for absolute measurements Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor für absolute Strahlungsmessungen (Absolutempfänger), insbesondere einen thermoelektrischen Strahlungsempfänger, der für Absolutmessungen geringerer thermischer Strahlungsleistungen geeignet ist.The invention relates to a radiation detector for absolute radiation measurements (absolute receiver), in particular a thermoelectric radiation receiver, which is suitable for absolute measurements of lower thermal radiation powers.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es sind verschiedene Typen von Absolutempfängern bekannt, die den Vergleich einer Strahlungsleistung mit einer elektrischen Heizleistung bei Anwendung einer Substitutionsmethode gestatte'n. Diese Empfänger sind zu einem großen Teil als Mikrokalorimeter aufgebaut. Das sind zumeist Hohlraumabsorber, die die zu messende Strahlung aufnehmen und auch elektrisch beheizt werden können und deren Erwärmung dann mit Hilfe von Thermoelementen oder V/iderstandsthermometern ausgemessen wird. Solche Äbsolutempfänger sind wenig empfindlich, daher vorwiegend für stärkere, z. B. LaserStrahlungsleistungen geeignet.Various types of absolute receivers are known, which allow the comparison of a radiant power with an electric heating power using a substitution method. These receivers are to a large extent constructed as microcalorimeters. These are mostly cavity absorbers, which can absorb the radiation to be measured and can also be heated electrically and their heating is then measured with the aid of thermocouples or thermometer thermometers. Such Äbsolutempfänger are less sensitive, therefore mainly for stronger, z. B. laser radiation performance suitable.
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Außerdem sind sie träge und besitzen eine Reihe von Mängeln, die mit der Messung der Strahlungsabsorption in den verschiedenen Teilen des Mikrokalorimeters und den unterschiedlich langen Wegen der Wärme innerhalb solcher Kalorimeter zusammenhängen.In addition, they are sluggish and have a number of deficiencies related to the measurement of the radiation absorption in the different parts of the microcalorimeter and the different lengths of heat within such calorimeters.
Bekannt wurden auch eine Reihe von Absolutempfängern vom sog. "disk"-Typ: Dabei dient zur Strahlungsaufnahme nicht ein Hohlraum, sondern eine mit einer gut absorbierenden Schicht überzogene ebene Platte, z. B. aus 0,5 mm Aluminium (Gillham, E. J.: Proc. Roy. Soc. A 26% (1962), 249) oder ca. 20 - 50 um starkem Glimmer, auf die zusätzlich . ' noch zumeist mäanderförmig eine Metalldünnschicht aufgebracht ist, mit deren Hilfe die Platte elektrisch beheizt werden kann. Zur Bestimmung der Temperatur dieser Platte ist in verschiedenen Detektortypen auf die Platte - elektrisch isoliert - zusätzlich ein Bolometerwiderstand als Draht oder Dünnschicht aufgebracht oder es wird als Heiz- und Bolometerschicht dieselbe Schicht verwendet, oder die Temperatur der Platte wird durch eine in gewissem Abstand dahinter angeordnete Strahlungsthermosäule erfaßt (Bischoff, K.: Optik 23 (1968), 183), oder zwischen Platte und Empfängerfläche sind zickzackförmig hin und her die Thermodrähte einer Thermosäule gespannt. Dabei gibt es Anordnungen, bei denen die Thermodrähte an der Unterseite der Platte befestigt sind, und solche, bei denen die Thermodrähte zwischen dem Rand der Platte und deren Detektorgehäuse radial ausgespannt sind. Beim Mdisk"-Typ ist es zumeist üblich, daß auf der Platte zusätzlich zur Heizschicht eine von dieser elektrisch isolierte Schicht aus einem Material besondersguter thermischer Leitfähigkeit aufgebracht ist, die die Aufgabe hat, das z. B. mäanderförmige thermische Profil, das sich bei elektrischer Erwärmung der Platte infolge der besonderen Heizerstruktur herausbildet weitestgehend zu glätten.Also known were a number of absolute receivers of the so-called. "Disk" type: It serves to record radiation not a cavity, but with a well-absorbing layer coated flat plate, eg. From 0.5 mm aluminum (Gillham, EJ: Proc. Roy Soc. A 26% (1962), 249) or about 20-50 μm thick mica to which additional. 'Usually a meandering metal thin layer is applied, by means of which the plate can be electrically heated. To determine the temperature of this plate is in various types of detectors on the plate - electrically isolated - additionally a bolometer resistance applied as a wire or thin film or it is used as heating and Bolometerschicht the same layer, or the temperature of the plate is arranged by a certain distance behind Radiation thermometer detected (Bischoff, K .: Optics 23 (1968), 183), or between the plate and the receiver surface are zigzagged back and forth the thermocouple wires of a thermopile stretched. There are arrangements in which the thermocouple wires are attached to the underside of the plate, and those in which the thermocouple wires between the edge of the plate and the detector housing are radially stretched. In the case of the M disk type, it is usually customary to apply to the plate, in addition to the heating layer, an electrically insulated layer of a material of particularly good thermal conductivity, which has the task of producing, for example, the meander-shaped thermal profile which occurs electrical heating of the plate as a result of the particular heater structure forms largely smooth.
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In einem bekannten Detektortyp wurde zu diesem Zwecke eine 0,15 mm dicke SiIberscheibe auf die Glimmerplatte geklebt (Bischoff).In a known detector type, for this purpose, a 0.15 mm thick SiIberscheibe was glued to the mica plate (Bischoff).
Allen diesen Detektoren vom ndisk"-Typ ist gemeinsam, daß ihr Empfängersystem jeweils aus zumindest einer oder auch mehreren massiven, d. h. relativ dicken und damit massereichen Schicht (Trägerplatte oder/und Temperaturausgleichsschicht und/oder Meßfühlerelement) bestehen, so daß das Empfängersystem, das insgesamt durch die Bestrahlung erwärmt wird, eine große Wärmekapazität und damit eine große Trägheit und nur geringe Empfindlichkeit besitzt.All of these n- disk-type detectors have in common that their receiver system consists in each case of at least one or more massive, ie relatively thick and thus massive layers (carrier plate and / or temperature compensation layer and / or probe element), so that the receiver system, the Total is heated by the irradiation, has a large heat capacity and thus a large inertia and low sensitivity.
Das trifft auch für eine weitere Detektorvariante zu, bei der die Thermosäule nicht mehr aus dünnen Drähten, sondern aus aufgedampften Dünnschichtelementen besteht. Dabai handelt es sich um das eigentliche Detektorelement eines Laser-Mikrokalorimeters, das ebenfalls als eine ndiskM-Variante anzusehen ist. Hier wird eine dünne Glimmerplatte als Trägerschicht verwendet, auf der - nur im zentralen Teil zur Aufnahme der Strahlung ein Absorber in Form einer geschwärzten Kupferplatte, in die eine elektrische Heizvorrichtung eingebettet wurde, angeordnet ist (Sakurai, K. u. a.: ΙΕΕΞ Trans. IM-16 (1967) 3, 212 - 219 u, Birnbaum,· G. u. M.: Proc. IEEE 55 (1967) 6> 102S - IO3I). Diese dikkeren robusteren Schichten (Glimmer- u. Kupferplättchen) sind hier erforderlich, um den Detektorkopf thermisch genügend widerstandsfähig für cw-Laserstrahlung zu gestalten. Und ähnlich "massereich'1 ist auch das System eines elektrisch eichbaren Radiometers (Boivin, L. P., T. C. Smith: Appl. Opt. 17 (1978) 19, 3067 - 3075) aufgebaut, bei dem zwar eine als nur 400 nm dicke Dünnschicht ausgelegte Thermosäule auf eine jedoch 0,25 mm starke Glasträgerplatte aufgebracht ist. . .This is also true for another detector variant, in which the thermopile is no longer made of thin wires, but of vapor-deposited thin-film elements. Dabai is the actual detector element of a laser microcalorimeter, which is also to be regarded as an n disk M variant. Here, a thin mica plate is used as a carrier layer on which - only in the central part for receiving the radiation, an absorber in the form of a blackened copper plate, in which an electric heater was embedded, is arranged (Sakurai, K. et al .: ΙΕΕΞ Trans. IM- 16 (1967) 3, 212-219 u, Birnbaum, G. and M .: Proc. IEEE 55 (19 6 7) 6 > 102 S-IO3I). These thicker, more robust layers (mica and copper platelets) are required here to make the detector head thermally sufficiently resistant to cw laser radiation. The system of an electrically calibratable radiometer (Boivin, LP, TC Smith: Appl. Opt. 17 (1978) 19, 3067-3075 ) is similarly constructed as "high-mass" 1 , in which a thermopile designed as a thin layer of only 400 nm thick is applied to a 0.25 mm thick glass carrier plate.
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Darüber hinaus ist dieses System noch mit einem zweiten zusammengeklebt, das aus einer ebenfalls 0,25 'mm dicken, im äußeren Teil aus Keramik und im inneren aus Kupfer bestehenden, durch äußerliche SiO-Beschichtung isolierten Platte bestellt., die eine elektrische Heizschicht und eine Absorptionsschwarzschicht trägt. Dieses insgesamt mehr als 0,5 mm dicke Radiometersystem besitzt eine Empfindlichkeit von maximal nur 93 mVyw bei einer Zeitkonstante von 15 s (bzw. 5 mV/W bei 2,2 s). Auch die beiden zuletzt genannten Systeme eignen sich daher nicht für radiometrische Messungen, wenn die zu vermessende Strahlung nur für die Dauer von Brachteilen einer Sekunde konstant bleibt bzw. zur VerfügiiDg steht.In addition, this system is still glued together with a second, which also consists of a 0.25 'thick thick, in the outer part of ceramic and copper inside, isolated by external SiO coating plate, which has an electrical heating layer and a Wearing absorption black layer. This total of more than 0.5 mm thick radiometer system has a maximum sensitivity of only 93 mVyw at a time constant of 15 s (or 5 mV / W at 2.2 s). The two latter systems are therefore also not suitable for radiometric measurements if the radiation to be measured remains constant or is available only for the duration of fractions of a second.
Ziel der Erfindung Object of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, absolute Strahlungsmessungen schneller und mit empfindlicheren Detektoren durchführen zu können.It is the object of the invention to be able to perform absolute radiation measurements faster and with more sensitive detectors.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsdetektor zu schaffen, dessen Strahlungsaufnehmendes System eine möglichst geringe Wärmekapazität besitzt.The invention has for its object to provide a radiation detector whose radiation receiving system has the lowest possible heat capacity.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Strahlungsdetektor für Absolutmessungen gelöst, der - in an sich bekannter Weise - aus einer temperaturempfindlichen Schicht, die als Dünnschicht-Thermosäule ausgeführt ist, mindestens einer Temperaturausgleichsschicht, mindestens einer separaten Heizschicht sowie mindestens einer Absorptionsschicht besteht, die vorzugsweise in dieser Reihenfolge übereinander und voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, wobei jedoch alle Einzelschichten dünner'als 1,5 M und das gesamte Schichtsystem dünner als 2,5/im ist.According to the invention the object is achieved by a radiation detector for absolute measurements, which - in a conventional manner - from a temperature-sensitive layer, which is designed as a thin-film thermopile, at least one temperature compensation layer, at least one separate heating layer and at least one absorption layer, preferably in this Sequence are arranged one above the other and electrically isolated from each other, but all individual layers thinner than 1.5 M and the entire layer system is thinner than 2.5 / im.
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Die kalten bzw. warmen Verbindungsstellen der Thermosäule befinden sich - in an sich bekannter V/eise - abwechselnd auf einem massiven Trägerkörper, der eine zentrale Bohrung aufweist, bzw. auf einem Dünnschicht substrat, das eine Bohrung im Trägerkörper überspannt. Die zentral angeordnete Heizschicht erstreckt sich nur über Gebiete auf dem Dünnschichtsubstrat, die sich innerhalb der Bohrung im Trägerkörper befinden, und ist durch Dünnschichtleiterbahnen mit elektrischen Zuführungen, die im massiven Trägerkörper gehaltert sind, verbunden.The cold or hot joints of the thermopile are - in a known per se - alternately on a solid support body having a central bore, or on a thin film substrate, which spans a hole in the carrier body. The centrally located heating layer extends only over areas on the thin film substrate located within the bore in the carrier body, and is connected by thin film conductors with electrical leads supported in the solid carrier body.
Als besonders günstig zur Vermeidung von elektrischen Durchschlägen bei gleichzeitiger Realisierung möglichst dünner elektrischer Isolationsschichten hat sich folgende spezielle Anordnung der Verbindungsleiterbahnen zur Heizschicht erwiesen: Dort, wo die Verbindungsleiterbahnen auf dem Trägerkörper verlaufen und dann vom Trägerkörper auf das Dünnschichtsubstrat überwechseln, sind im Schichtaufbau die Elemente der Dünnschicht-Thermosäule und der Verbindungsleiterbahnen nebeneinander und nirgends übereinander angeordnet.The following special arrangement of the interconnect lines to the heating layer has proven to be particularly favorable for avoiding electrical breakdowns while at the same time achieving the thinnest possible electrical insulation layers. Where the interconnect lines run on the carrier body and then change from the carrier body to the thin-film substrate, the elements of the layer structure are Thin-film thermopile and the interconnect conductors next to each other and nowhere above each other.
Ein in der beschriebenen Weise aufgebautes Schichtsystem zeichnet sich durch eine sehr geringe Wärmekapazität aus, wodurch es auch auf sehr geringe Temperaturunterschiede infolge Absorption von nur sehr geringen Mengen von Strahlungsenergie - sehr empfindlich und schnell zu reagieren in der Lage ist. Die von der Absorptionsschicht in Wärme umgewandelte Strahlungsenergie bzw. die in der Heizschicht elektrisch erzeugte Wärme verändern die Temperatur des gesamten Schichtsystems in nahezu identischer Weise. Die Temperaturausgleichsschicht besteht aus einem Material besonders guter thermischer Leitfähigkeit und trägt - in an sich bekannter Weise - dazu bei, daß das durch die Struktur der Heizschicht zunächst erzeugte ungleichmäßige Wärmeprofil (Erwärmung über den Leiterbahnen, keine Erwärmung überA built-up in the manner described layer system is characterized by a very low heat capacity, whereby it is able to respond to very low temperature differences due to absorption of only very small amounts of radiant energy - very sensitive and fast. The radiation energy converted into heat by the absorption layer or the heat generated electrically in the heating layer change the temperature of the entire layer system in an almost identical manner. The temperature compensation layer consists of a material of particularly good thermal conductivity and contributes - in a conventional manner - to the fact that the first generated by the structure of the heating layer uneven heat profile (heating over the conductor tracks, no heating over
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den Zwischenräumen der Leiterbahnen) möglichst gut geglättet wird.the spaces between the tracks) as well as possible is smoothed.
In einer Variante der Erfindung besteht das Schichtsystem vorzugsweise in dieser Reihenfolge (von der Strahlungsquelle her gesehen) - aus einer ersten Absorptionsschicht, einer Dünnschicht-Thermosäule, einer Temperaturausgleichsschicht, einer Heizschicht und einer zweiten " Ab sorption s"-Schicht. : . In a variant of the invention, the layer system is preferably in this order (as seen from the radiation source) - from a first absorption layer, a thin-film thermopile, a temperature compensation layer, a heating layer and a second "Ab sorption s" layer. : .
Dabei dient zur Strahlungsabsorption jedoch nur die erste Absorptionsschicht. Die zweite "Absorptions"-Schicht be- · sitzt die gleiche Zusammensetzung und die gleichen Abmessungen wie die erste Absorptionsschicht und ist aus Symmetriegründen an dieser Stelle angeordnet. Sie erhöht zwar in geringem Umfang die Wärmekapazität des Schichtsystems, trägt aber andererseits dazu bei, die Fehler, die beim elektrischen Kalibrieren des Detektors auftreten können, noch weiter herabzudrücken: Während in der ersten Variante die Entfernungen von der Absorptionsschicht zur Heizschicht bzw. zur Thermosäule unterschiedlich sind, sind in der zweiten Variante die Wege von der Heizschicht bzw. der Thermosäule zur jeweils nächst- bzw. entferntest gelegenen Absorptionsschicht ähnlicher. Dadurch werden die Energieverluste, die durch Abstrahlun.g entstehen, in den Fällen der Erwärmung des Detektors durch Bestrahlung bzw. der elektrischen Erwärmung weniger unterschiedlich und die Messung genauer.However, only the first absorption layer is used for radiation absorption. The second "absorption" layer has the same composition and the same dimensions as the first absorption layer and is arranged at this point for reasons of symmetry. Although it increases the heat capacity of the layer system to a small extent, on the other hand it helps to further reduce the errors which can occur when the detector is electrically calibrated: while in the first variant the distances from the absorption layer to the heating layer or to the thermopile differ In the second variant, the paths from the heating layer or the thermopile to the respectively closest or most distant absorption layer are more similar. As a result, the energy losses caused by Abstrahlun.g be less different in the cases of heating of the detector by irradiation or electric heating and the measurement more accurate.
In einer dritten Variante der Erfindung enthält das Schichtsystem außer einer Dünnschichtthermosäule, einer Temperaturausgleichsschicht und mindestens einer Absorptionsschicht zwei Heizschichten, die alle durch elektrische Isolation s schicht en voneinander getrennt sind.In a third variant of the invention, the layer system contains, in addition to a thin-film thermopile, a temperature compensation layer and at least one absorption layer, two heating layers which are all separated from one another by electrical insulation layers.
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Dabei sind die Strukturen der Heizschichten in solcher V/eise aufeinander abgestimmt und die Heizsch.ich.ten sind entsprechend so übereinander angeordnet, daß überall dort in -der Struktur der zweiten Heizschicht eine Leiterbahn vorliegt, wo in der Struktur der ersten Heizschicht ein Zwischenraum zwischen zwei Leiterbahnen besteht. Auf diese Weise liegt bei gleichmäßiger elektrischer Belastung der Heizschichten während der elektrischen Kalibrierung ein gegenüber den anderen Varianten gleichmäßigeres Wärmeprofil vor, so daß die Temperaturausgleichsschicht, die nur noch Ungieichmäßigkeiten an eventuell auftretenden Überkreuzungen der beiden Heizschichten in den Randzonen der Empfängerfläche zu glätten hat, auch vergleichsweise dünner gehalten werden kann.In this case, the structures of the heating layers are matched to one another in such a manner and the Heizsch.ich.ten are arranged one above the other so that everywhere there is in the structure of the second heating layer, a conductor, where in the structure of the first heating layer, a gap between consists of two tracks. In this way, with uniform electrical load of the heating layers during the electrical calibration against the other variants more uniform heat profile before, so that the temperature compensation layer, which only has Ungieichmäßigkeiten to possibly occurring crossovers of the two heating layers in the edge zones of the receiver surface to smooth, also comparatively can be kept thinner.
In allen'dargestellten Varianten befindet sich das Detektorsystem in einem an sich bekannten Schutzgehäuse unter normalen atmosphärischen Bedingungen an Luft.In allen'dargestellt variants, the detector system is in a known protective housing under normal atmospheric conditions in air.
Als zusätzliche Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Detektorschichtsystem unter Luftabschluß in einem evakuierten Gehäuse bekannter Bauart angeordnet ist, das ein Strahlungseintrittsfenster bekannter spektraler Durchlässigkeit besitzt.As an additional variant of the invention it is provided that the detector layer system is arranged under exclusion of air in an evacuated housing of known design, which has a radiation entrance window of known spectral transmittance.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained below with reference to three exemplary embodiments with reference to drawings. Show it
Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau eines Strahlungsdetektors für Absolutmessungen entsprechend dem ersten Ausfuhrungsbeispiel1 shows the basic structure of a radiation detector for absolute measurements according to the first exemplary embodiment
undand
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Pig. 2: eine Draufsicht auf das Schichtsystern eines Strahlungsdetektors für Absolutmessungen ent-'sprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei nur Teilelemente der Thermosäule und der Heizschicht in ihrer Lage zueinander dargestellt sind.Pig. 2: a plan view of the layer system of a radiation detector for absolute measurements according to the first exemplary embodiment, wherein only partial elements of the thermopile and the heating layer are shown in their position relative to one another.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist über eine zentrale Bohrung 1 in einem Trägerkörper 2 eine dünne elektrisch isolierende Substratschicht 3» z, B. eine ca. 100 nm dicke Zelluloseazetatschicht, freitragend aufgespannt, die als Trägerschicht für das gesamte Schichtsystem des Strahlungsdetektors dient. Darauf ist die strahlungsempfindliche Schicht 4 in Gestalt einer maximal 1,4 mn dicken Dünnschicht-Thermosäule z. B. aufgedampft, die in Fig. 1 je-, doch nur durch ein einziges Thermoelement, das aus den sich überlappenden ThermoschenkeIschichten 4.1 und 4.2 besteht, symbolisch dargestellt ist. Die Thermosäule ist durch die Zuführungen 5 kontaktiert. Darüber ist zunächst eine weitere Isolationsschicht 3 und dann als thermische Ausgleichsschicht eine z.B. metallische ca. 200 nm dicke Dünnschicht 6 angeordnet, die aus einem Material besonders guter thermischer Leitfähigkeit, z. B. Silber, besteht und sich nur über das Gebiet über der Bohrung 1 erstreckt. Nach einer weiteren Isolationsschicht 3 ist eine ca. 50 nm dicke elektrische Heizschicht 7> die z. B. in bekannter Weise als Mäander ausgeführt ist, aufgebracht. Diese ist durch Zuführungen 8 kontaktiert, wobei die Verbindung zwischen den Zuführungen 8 und der Heizschicht 7, die sich ebenfalls nur über das Gebiet über der Bohrung 1 erstreckt, durch Dünnschichtleiterbahnen 9 hergestellt ist. Diese Verbindungsleiterbahnen 9 sind dabei so angeordnet, daß sie sich überall dort, wo sie auf dem Trägerkörper 2 verlaufen und von diesem auf das die Bohrung 1 überspannende Dünnschichtsubstrat 3 überwechseln, nur neben den Elementen der Thermosäule und nirgends über diesen befinden, umIn the first exemplary embodiment, a thin electrically insulating substrate layer 3 z, for example, is a cantilevered, about 100 nm thick cellulose acetate layer, which serves as a carrier layer for the entire layer system of the radiation detector via a central bore 1 in a carrier body 2. Then the radiation-sensitive layer 4 in the form of a maximum of 1.4 mm thick thin-film thermopile z. Vapor-deposited, which in Fig. 1, but only by a single thermocouple, which consists of the overlapping ThermoschenkeIschichten 4.1 and 4.2 is shown symbolically. The thermopile is contacted by the feeders 5. Above this there is first a further insulation layer 3 and then as a thermal compensation layer a e.g. metallic approximately 200 nm thick thin film 6 is arranged, which consists of a material of particularly good thermal conductivity, for. B. silver, and extends only over the area over the hole 1. After a further insulation layer 3 is an approximately 50 nm thick electrical heating layer 7> z. B. is executed in a known manner as a meander applied. This is contacted by leads 8, wherein the connection between the leads 8 and the heating layer 7, which also extends only over the area above the bore 1, is made by thin-film conductors 9. These connecting tracks 9 are arranged so that they are everywhere where they run on the support body 2 and from this to the bore 1 spanning thin-film substrate 3, only next to the elements of the thermopile and nowhere above these are to
die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen zu vermeiden (Fig. 2).to avoid the risk of electrical short circuits (Fig. 2).
Schließlich bildet eine ca. 100 nm dicke Absorptionsschicht 10, die vom übrigen System ebenfalls durch eine Isolationsschicht 3 getrennt ist und sich wieder nur über das Gebiet der Bohrung 1 erstreckt, den oberen Abschluß des Systems. Das vom Trägerkörper getragene Syste'm ist insgesamt dünner als 2,5/um.Finally, an approximately 100 nm thick absorption layer 10, which is also separated from the rest of the system by an insulating layer 3 and again extends only over the area of the bore 1 forms the upper end of the system. The system carried by the carrier body is thinner than 2.5 μm in total.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist auf die freitragend aufgespannte Substratschicht 3 zunächst die Heizschicht 7, dann eine Isolationsschicht 3» dann die Thermosäule 4.1/ 4.2, dann eine Isolationsschicht 3 und schließlich die Absorptionsschicht 10 aufgebracht. Außerdem ist zusätzlich-an der Unterseite der freitragend aufgespannten Substratschicht 3 noch eine zweite Schicht der gleichen Zusammensetzung und mit gleichen Abmessungen, wie sie die Absorptionsschicht 10 besitzt, aufgebracht.In a second exemplary embodiment, the heating layer 7, then an insulation layer 3 ", then the thermopile 4.1 / 4.2, then an insulation layer 3 and finally the absorption layer 10 are applied to the substrate layer 3 which is mounted cantilevered. In addition, a second layer of the same composition and of the same dimensions as that of the absorption layer 10 is additionally applied to the underside of the self-supporting substrate layer 3.
In einem dritten Ausführungsbeispiel ist auf die freitra-. gend aufgespannte Substratschicht 3 zunächst die Thermosäule 4.1/4.2, dann eine Isolationsschicht 3» eine thermische Ausgleichsschicht 6 und eine weitere Isolationsschicht 3 aufgebracht. Anstelle der elektrischen Heizschicht 7, wie sie im 1. Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, folgen in dieser Variante jedoch zwei - durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennte - Heizschichten. Die Heizschichten sind in ihrer Struktur so aufeinander abgestimmt, daß sich überall dort in der Struktur der zweiten Heizschicht Leiterbahnelemente befinden, wo in der Struktur der ersten Heizschicht Zwischenräume zwischen zwei Leiterbahnen sind. Die beiden Heizschichten besitzen beispielsweise eine mäander- oder eine spiralförmige Struktur.In a third embodiment is on the freitra-. The thermopile 4.1 / 4.2, then an insulating layer 3 »applied a thermal compensation layer 6 and a further insulating layer 3. Instead of the electrical heating layer 7, as provided in the first embodiment, follow in this variant, however, two - separated by an electrically insulating layer - heating layers. The heating layers are matched in their structure to one another such that there are conductor track elements everywhere in the structure of the second heating layer, where in the structure of the first heating layer are spaces between two conductor tracks. The two heating layers have, for example, a meandering or helical structure.
Im weiteren ist das Schichtsystem wie in der ersten oder der zweiten Variante aufgebaut.In addition, the layer system is constructed as in the first or the second variant.
Bei allen drei Varianten ist der Trägerkörper mit dem Schichtsystem in ein Schutzgehäuse üblicher Bauart, das in den Zeichnungen nicht mit.dargestellt ist, eingebaut. Dabei ist das Schutzgehäuse in Strahlungseinfallsrichtung offen, so daß'der Empfänger unter normalen atmosphärischen Bedingungen als Luftempfänger arbeitet.In all three variants, the support body with the layer system in a protective housing of conventional design, which is not mit.dargestellt in the drawings, installed. The protective housing is open in the direction of radiation incidence, so that the receiver operates under normal atmospheric conditions as an air receiver.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Trägerkörper mit dem Schichtsystem, das nach den Varianten 1 bis 3 ausgeführt sein kann, in ein evakuiertes Schutzgehäuse üblicher Bauart eingebaut, das in Strahlungseinfallsrichtung durch ein geeignetes strahlungsdurchlässiges Fenster abgeschlossen ist, dessen Transmissionsvermögen genau bekannt ist. In diesem Fall arbeitet der Empfänger als Vakuumempfänger und besitzt dementsprechend eine erhöhte Empfindlichkeit bei gleichzeitig verlängerter Zeitkonstante.In a further embodiment, the carrier body with the layer system, which can be carried out according to variants 1 to 3, installed in an evacuated protective housing of conventional design, which is completed in the direction of radiation incidence by a suitable radiation-permeable window, the transmission capacity is precisely known. In this case, the receiver operates as a vacuum receiver and accordingly has an increased sensitivity with simultaneously extended time constant.
Mehrere nach der am 1. Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausführungsform aufgebaute Muster von Strahlungsdetektoren für Absolutmessungen zeigten bei Betrieb an Luft durchschnittlich eine Empfindlichkeit von 0,5 V/ff bei einer Zeitkonstante von ca. 100 ms. Es gelang damit, noch 6 ul nachzuweisen.Several patterns of radiation detectors for absolute measurements constructed according to the embodiment described in the first exemplary embodiment showed an average sensitivity of 0.5 V / ff at a time constant of approximately 100 ms when operated in air. It was possible to detect 6 μl.
Claims (7)
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Cited By (8)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DD147872B1 (en) | 1983-09-21 |
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