DE4214921B4

DE4214921B4 - Infrared detector and infrared controlled device

Info

Publication number: DE4214921B4
Application number: DE4214921A
Authority: DE
Inventors: Peter Rickmansworth Knowles; Eileen Chesham Read
Original assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Current assignee: Leonardo MW Ltd
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: DE4214921A1; GB9110211D0; GB2368188A; FR2833409B1; FR2833409A1; GB2368188B

Abstract

Infrarot-Detektor für den Betrieb bei einer Tieftemperatur mit einem fotoleitenden Element, das von einem Montagesubstrat (26) getragen ist, und mit einem einen offenen Kreislauf aufweisenden Joule Thompson-Kühler (17) zum raschen Abkühlen des fotoleitenden Elements durch Ableiten durch das Montagesubstrat (26) hindurch;
wobei das Montagesubstrat (26) sandwichartig ausgebildet ist und wenigstens zwei einander überlagernde dünne Substratschichten (27, 28) aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit umfasst, die durch eine Schicht (29) aus einem Bindemittel getrennt sind, wobei das Montagesubstrat (26) eine Dicke von ungefähr 500 μm und die aus Bindemittel bestehende Schicht (29) eine Dicke von weniger als 10 μm aufweisen.Infrared detector for operation at a low temperature with a photoconductive element which is carried by a mounting substrate (26) and with an open-circuit Joule Thompson cooler (17) for rapid cooling of the photoconductive element by dissipation through the mounting substrate ( 26) through;
the mounting substrate (26) being sandwich-like and comprising at least two superimposed thin substrate layers (27, 28) made of a material with a high thermal conductivity, which are separated by a layer (29) made of a binder, the mounting substrate (26) a thickness of approximately 500 μm and the layer (29) consisting of binder has a thickness of less than 10 μm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Detektor für den Betrieb bei einer Tieftemperatur.The The invention relates to an infrared detector for operation at a low temperature.

Derartige Infrarot-Detektoren sind bekannt zur Verwendung in Lenkwaffensuchköpfen und Fernlenkungssystemen von Flugkörpern der Art, die allgemein als Lichtleitstrahlreiter bezeichnet werden und für Betriebszwecke typischerweise von der Umgebungs-Betriebstemperatur auf eine Tieftemperatur von 77 K bis 100 K in weniger als einer Sekunde abgekühlt werden müssen. Um eine solche, sehr rasche Abkühlung zu erreichen, sind der Detektor und sein tragender Aufbau für eine geringe thermische Kapazität ausgelegt und werden durch Verwendung eines einen offenen Kreislauf aufweisenden Joule-Thompson-Minikühlers sehr rasch abgekühlt. Wir haben festgestellt, daß die Leistung solcher Detektoren durch elektrisches Rauschen ungünstig beeinflußt wird, daß das Frequenzspektrum dieses induzierten Rauschens besonders reich an niedrigen Frequenzen ist (dies sind Frequenzen unterhalb einiger weniger KHz) und daß die Primärquelle eines solchen Rauschens niedriger Frequenz durch den Joule-Thompson-Minikühler erzeugt wird. Ferner haben wir festgestellt, daß das Ausmaß an elektrischem Rauschen systematisch ansteigt, wenn die Dicke des tragenden Aufbaus systematisch reduziert wird, um eine geringe thermische Kapazität und kürzere Abkühlzeiten zu erhalten.such Infrared detectors are known for use in guided missile search heads and Missile guidance systems the type commonly referred to as fiber optics and for operational purposes typically from ambient operating temperature to a low temperature of 77 K to 100 K can be cooled in less than a second have to. Such a very rapid cooling to achieve, the detector and its supporting structure are for a small thermal capacity designed and made using an open circuit Joule-Thompson mini cooler cooled quickly. We have found that the Performance of such detectors is adversely affected by electrical noise, that this Frequency spectrum of this induced noise particularly rich is low frequencies (these are frequencies below some less KHz) and that the primary source of such low frequency noise generated by the Joule-Thompson mini cooler becomes. We also found that the level of electrical noise systematically increases when the thickness of the load-bearing structure is systematic is reduced to a low thermal capacity and shorter cooling times to obtain.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Infrarot-Detektor für den Betrieb bei einer Tieftemperatur zu schaffen, bei dem das Auftreten elektrischen Rauschens vermindert ist.On The aim of the invention is to provide an infrared detector for operation to create at a low temperature at which the occurrence electrical Noise is reduced.

Die US 4 081 819 vermittelt die Lehre, daß ein Silikongummi-Klebstoff zwischen dem dicken ersten und zweiten Substrat verwendet werden kann, um ein Aufspalten zu vermeiden, wenn die Halbleitervorrichtung auf niedrige Temperaturen abgekühlt wird. Gemäß dieser Veröffentlichung ist daher eine Halbleitervorrichtung bekannt, die von einem Montagesubstrat getragen wird, das eine erste dicke Substratschicht umfaßt, die durch einen Silikongummi-Klebstoff mit einem zweiten dicken Substrat verbunden ist, so daß die Halbleitervorrichtung ohne das Montagesubstrat zu spalten auf niedrige Temperaturen abgekühlt werden kann. Diese Veröffentlichung erkennt jedoch nicht das Problem, daß die Leistung der Halbleitervorrichtung ungünstig durch elektrisches Rauschen beeinflußt wird, und lehrt die Verwendung dicker Substrate, was dieses Problem vergrößert.The US 4,081,819 teaches that a silicone rubber adhesive can be used between the thick first and second substrates to avoid splitting when the semiconductor device is cooled to low temperatures. According to this publication, therefore, a semiconductor device is known which is supported by a mounting substrate which comprises a first thick substrate layer which is bonded to a second thick substrate by a silicone rubber adhesive, so that the semiconductor device cools to low temperatures without splitting the mounting substrate can be. However, this publication does not recognize the problem that the performance of the semiconductor device is adversely affected by electrical noise and teaches the use of thick substrates, which increases this problem.

Erfindungsgemäß ist ein Infrarot-Detektor durch Anspruch 1 gekennzeichnet, um die thermischen Eigenschaften des gesamten Montagesubstrates im wesentlichen unbeeinflußt zu lassen, wodurch das Auftreten elektrischen Rauschens reduziert wird. Eine Schicht des Substrates kann aus Saphir, Silizium oder irgendeinem anderen Material gebildet sein, das die entsprechenden Eigenschaften aufweist, und verschiedene Schichten können aus verschiedenen Materialien gebildet sein.According to the invention Infrared detector characterized by claim 1 to the thermal To leave properties of the entire mounting substrate essentially unaffected, thereby reducing the occurrence of electrical noise. A Layer of the substrate can be made of sapphire, silicon or any other material can be formed, which has the corresponding properties, and different layers can be made of different materials.

Die Schicht aus einem Bindemittel wird vorzugsweise so dünn gehalten, daß sich praktisch und typischerweise eine Dicke von nur einigen wenigen μm ergibt.The Layer of a binder is preferably kept so thin that itself practical and typically gives a thickness of only a few microns.

Das photoleitende Element kann epitaxial auf der Substratschicht gebildet sein, die am weitesten vom Joule-Thompson-Kühler entfernt ist. In diesem Fall kann die Substratschicht aus Galliumarsenid gebildet sein. Alternativ kann das photolei tende Element durch eine dünne Schicht aus einem Bindemittel an der Substratschicht befestigt sein, die am weitesten vom Kühler entfernt ist.The Photoconductive element can be formed epitaxially on the substrate layer farthest from the Joule-Thompson cooler. In this In this case, the substrate layer can be formed from gallium arsenide. Alternatively, the photoconductive element can be through a thin layer be attached to the substrate layer from a binder, the farthest from the cooler is removed.

Der Joule-Thompson-Kühler mit offenem Kreislauf ist so ausgelegt, daß Kühlmittel direkt auf die Oberfläche der am nächsten gelegenen Substratschicht abgegeben wird.The Joule-Thompson coolers with an open circuit is designed so that coolant directly onto the surface of the the next located substrate layer is released.

Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:The Invention will now be described, for example, with reference to the drawing described; in this shows:

1 einen axialen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines bekannten gekapselten Infrarot-Detektors mit einem einen offenen Kreislauf aufweisenden Joule-Thompson-Minikühler, 1 3 shows an axial section through a first embodiment of a known encapsulated infrared detector with an open circuit Joule-Thompson mini cooler,

2 einen axialen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines bekannten gekapselten Infrarot-Detektors, wobei jedoch der Minikühler weggelassen ist, und 2 an axial section through another embodiment of a known encapsulated infrared detector, however, the mini cooler is omitted, and

3 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung eines zentralen Abschnitts der 1 zur Darstellung der vorliegenden Erfindung. 3 an enlarged partial sectional view of a central portion of the 1 to illustrate the present invention.

Gemäß 1 ist ein photoleitendes Element 10 zur Erfassung von Infrarotstrahlung von einem monolithischen Saphirsubstrat 11 getragen, das in einer Aussparung 12 in einem Körper 13 fixiert ist, der eine kegelstumpfartige Kühlerübergangsfläche 14 definiert. Das photoleitende Element 10 ist in ein allgemein zylindrisches Gehäuse 15 eingekapselt, das ein Fenster 16 festlegt und stützt, um die Aufnahme von Infrarotstrahlung durch das photoleitende Element 10 zuzulas sen.According to 1 is a photoconductive element 10 for the detection of infrared radiation from a monolithic sapphire substrate 11 worn that in a recess 12 in one body 13 is fixed, the frustoconical radiator transition surface 14 Are defined. The photoconductive element 10 is in a generally cylindrical housing 15 encapsulated that a window 16 defines and supports the absorption of infrared radiation by the photoconductive element 10 to allow.

Ein einen offenen Kreislauf aufweisender Joule-Thompson-Minikühler 17 ist allgemein durch einen Pfeil angedeutet und innerhalb des kegelstumpfartigen Zwischenbereiches bzw. der kegelstumpfartigen Übergangsfläche 14 untergebracht. Der Minikühler 17 umfaßt allgemein eine konische Rohrwicklung 18, deren äußere Fläche eng an der Kühlerzwischenfläche 14 anliegt und deren Innenfläche, wie gezeigt, eng auf einen kegelstumpfartigen Kern 19 angepaßt ist. Soll der Infrarot-Detektor eingesetzt werden, so wird Gas unter hohem Druck durch die Rohrleitung 18 freigegeben, das durch eine Öffnung im offenen Ende 20 entweicht, um auf die benachbarte Oberfläche des Substrates 11 aufzutreffen. Das Entweichen des Gases durch die Öffnung verursacht eine extrem rasche Kühlung des Gases, das Hitze durch Leitung vom Substrat 11 und dem Körper 13 absorbiert und durch einen schraubenförmigen Durchgang 21 entweicht, der zwischen der Rohrleitung 18, der Kühlerübergangsfläche 14 und der Außenfläche des Kernes 19 definiert ist, um schließlich, wie durch Pfeile 22 angedeutet, auszuströmen. Diese Anordnung arbeitet als Gegenstrom-Wärmeaustauscher, da das gekühlte entweichende Gas ein Vorkühlen des in die Wicklung 18 eintretenden, unter Druck stehenden Gases bewirkt. Um den Wärmeaustausch zwischen dem ausgestoßenen Gas und dem eintretenden Gas zu erhöhen, wird die Rohrleitung 18 üblicherweise mit Flossen versehen, um die Wärmeübertragungsflächen zu vergrößern. Im Betrieb wirkt der Gegenstrom-Wärmeaustauscher so, daß das Gas in der Wicklung 18 sehr rasch verflüssig wird, wodurch das Substrat 11 durch das direkte Auftreffen eines Strahles verflüssigten Gases gekühlt wird und dadurch die potentielle Kühlungsrate durch die Verdampfungswärme des verflüssigten Gases erhöht wird. Wird Argon verwendet, so liegt die Temperatur des flüssigen Gases um etwa 90 Kelvin, während bei einer Verwendung von Stickstoff die Temperatur um 77 Kelvin liegt. In jedem Fall vermindert der Betrieb des Minikühlers 17 sehr rasch die Temperatur des Festkörpersubstrates 11 und dessen zugeordneten photoleitenden Elements 10 auf eine Tieftemperatur, typischerweise zwischen 90 K und 100 K bei Argon. Es ergibt sich auch, daß die Abschnitte des Körpers 13, die das Substrat 11 unmittelbar umgeben, zu einem hohen Grad an thermischer Isolation des Substrates infolge der sehr geringen Wärmeleitzahl des Körpers 13 führen.An open circuit Joule-Thompson mini cooler 17 is generally indicated by an arrow and within the frustoconical intermediate area or the frustoconical transition surface 14 accommodated. The mini cooler 17 generally includes a conical tube winding 18 whose outer surface is close to the radiator interface 14 rests and the inner surface, as shown, closely on a frustoconical core 19 is adjusted. If the infrared detector is to be used, gas is passed through the pipeline under high pressure 18 released that through an opening in the open end 20 escapes to the adjacent surface of the substrate 11 impinge. The escape of the gas through the opening causes extremely rapid cooling of the gas, the heat by conduction from the substrate 11 and the body 13 absorbed and through a helical passage 21 escapes that between the pipeline 18 , the radiator transition area 14 and the outer surface of the core 19 is finally defined as by arrows 22 indicated to emanate. This arrangement works as a countercurrent heat exchanger, since the cooled escaping gas precools the into the winding 18 entering, pressurized gas causes. To increase the heat exchange between the expelled gas and the entering gas, the pipeline 18 usually provided with fins to increase the heat transfer area. In operation, the counterflow heat exchanger acts so that the gas in the winding 18 liquefies very quickly, causing the substrate 11 is cooled by the direct impact of a jet of liquefied gas and thereby the potential cooling rate is increased by the heat of vaporization of the liquefied gas. If argon is used, the temperature of the liquid gas is around 90 Kelvin, while if nitrogen is used the temperature is around 77 Kelvin. In any case, the operation of the mini cooler is reduced 17 very quickly the temperature of the solid substrate 11 and its associated photoconductive element 10 to a low temperature, typically between 90 K and 100 K with argon. It also emerges that the sections of the body 13 that the substrate 11 directly surrounded, to a high degree of thermal insulation of the substrate due to the very low thermal conductivity of the body 13 to lead.

Wir haben festgestellt, daß die Leistung von Infrarot-Detektoren der in 1 gezeigten Art ungünstig durch elektrisches Rauschen beeinflußt wird und daß das Frequenzspektrum des induzierten Rauschens insbesondere reich an niedrigen Frequenzen ist. In der Praxis werden derartige Infrarot-Detektoren gewöhnlicherweise dazu verwendet, Laserstrahlen zu erfassen, die in einem Muster projiziert werden, das typischerweise in etwa 20 Mikrosekunden durch das Fenster 16 hindurchtritt. Die detektierten Infrarot-Impulse enthalten Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 20 KHz. Daraus ergibt sich, daß die Erzeugung irgendeines elektrischen Rauschens im photoleitenden Element zwischen diesen Frequenzen unerwünscht ist. Das Substrat 11 weist typischerweise einen Durchmesser von nur 4 mm auf, und der genaue Mechanismus, durch den elektrisches Rauschen erzeugt und dessen Weiterleitung bewirkt wird, ist nicht in vollem Umfang erklärbar. Wir haben jedoch festgestellt, daß Rauschen dominanter geringer Frequenz mit dem Betrieb des Minikühlers 17 verbunden ist, und es scheint so, als ob die hohe Flußrate des verflüssigten, auf das Festkörpersubstrat 11 auftreffenden Gases Schwingungen bei akustischen Frequenzen erzeugt, die durch das monolithische Substrat 11 weitergeleitet werden und als elektrisches Rauschen auftreten, welches von dem photoleitenden Element 10 empfangen wird. Für den praktischen Einsatz ist es wesentlich, daß ein solcher Infrarot-Detektor mit der kleinstmöglichen Verzögerung den Betrieb einsetzt, und daher wird das Substrat 11 dünn gewählt und aus einem Material mit hoher thermischen Leitfähigkeit, zum Beispiel Saphir, gebildet. Um die Kühlungsperiode auf ein Minimum herabzusetzen, hat man entweder die Flußrate des auf das Festkörpersubstrat 11 auftreffenden Strahles zu erhöhen, womit ein Anstieg bei der Erzeugung elektrischen Rauschens und eine entsprechende Verringerung der im Betrieb gegebenen Wirksamkeit des Detektors einhergehen, oder die thermische Masse herabzusetzen. Um das letztere zu erreichen, könnte die Dicke des Festkörpersubstrates 11 reduziert werden, um kürzere Abkühlzeiten zu erhalten, wir haben jedoch festgestellt, daß das Ausmaß an elektrischem Rauschen, dem das photoleitende Element ausgesetzt ist, sich systematisch mit der Verminderung der Dicke des Detektorsubstrates 11 erhöht.We have found that the performance of infrared detectors in the 1 shown type is adversely affected by electrical noise and that the frequency spectrum of the induced noise is particularly rich in low frequencies. In practice, such infrared detectors are commonly used to detect laser beams that are projected in a pattern that typically passes through the window in about 20 microseconds 16 passes. The detected infrared pulses contain frequencies in the range from 0 Hz to 20 KHz. As a result, the generation of any electrical noise in the photoconductive element between these frequencies is undesirable. The substrate 11 is typically only 4 mm in diameter and the exact mechanism by which electrical noise is generated and transmitted is not fully understood. However, we have found that dominant low frequency noise occurs with the operation of the mini cooler 17 connected, and it appears as if the high flow rate of the liquefied onto the solid substrate 11 impinging gas generates vibrations at acoustic frequencies through the monolithic substrate 11 be forwarded and occur as electrical noise, which from the photoconductive element 10 Will be received. For practical use, it is essential that such an infrared detector start operating with the least possible delay, and therefore the substrate 11 chosen thin and made of a material with high thermal conductivity, for example sapphire. In order to minimize the cooling period, one has either the flow rate of the solid substrate 11 Incident beam to increase, which is accompanied by an increase in the generation of electrical noise and a corresponding reduction in the effectiveness of the detector given in operation, or decrease the thermal mass. To achieve the latter, the thickness of the solid substrate could be 11 can be reduced in order to achieve shorter cooling times, however, we have found that the amount of electrical noise to which the photoconductive element is exposed systematically decreases as the thickness of the detector substrate is reduced 11 elevated.

Der alternative bekannte Aufbau, wie er in 2 gezeigt ist, besitzt viele gemeinsame Merkmale mit 1, wobei zur Bezeichnung einander entsprechender Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet wurden. Tatsächlich besteht der Unterschied zwischen den beiden Figuren nur darin, daß der Körper 13 der 1 durch einen dünnwandigen Körper 23 mit einem Ringflansch 24 ersetzt worden ist, der dichtend am unteren Rand des zylindrischen Gehäuses 15 befestigt ist. Der dünnwandige Körper 23 kann aus einem Stanzteil oder durch Elektroformung gebildet sein. und definiert die äußere kegelstumpfartige Kühlerzwischenfläche 14 für den einen offenen Kreislauf aufweisenden Joule-Thompson-Minikühler, der in dieser Figur weggelassen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß das monolithische Saphir-Substrat 11 an einem Wandabschnitt 25 des Körpers 23 befestigt ist. Während diese Ausbildung die Masse des Körpers 23, der das Substrat relativ zum Fenster 16 festlegt, auf ein Minimum herabsetzt, trifft der Kühlmittelstrahl zuerst auf den Wandabschnitt 25 auf, der daher die zu kühlende Masse unmittelbar unterhalb dem photoleitenden Element 10 erhöht. Die Erzeugung elektrischen Rauschens im photoleitenden Element 10 ist allgemein dieselbe wie für den in 1 gezeigten Aufbau.The alternative known structure, as in 2 shown has many common features 1 , wherein the same reference numerals have been used to designate corresponding elements. In fact, the only difference between the two figures is that the body 13 the 1 through a thin-walled body 23 with a ring flange 24 has been replaced, the seal at the bottom of the cylindrical housing 15 is attached. The thin-walled body 23 can be formed from a stamped part or by electroforming. and defines the outer frustoconical radiator interface 14 for the open circuit Joule-Thompson mini cooler, which is omitted in this figure. It is noted that the monolithic sapphire substrate 11 on a wall section 25 of the body 23 is attached. During this training the body mass 23 which is the substrate relative to the window 16 specified, reduced to a minimum, the coolant jet hits the wall section first 25 on, which is therefore the one to be cooled Mass immediately below the photoconductive element 10 elevated. The generation of electrical noise in the photoconductive element 10 is generally the same as for the in 1 shown construction.

Abgesehen von den erfindungsgemäßen Merkmalen entspricht 3 allgemein der bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebenen bekannten Anordnung, wobei für entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet wurden. Der Hauptunterschied besteht darin, daß das monolithische bzw. Festkörpersubstrat 11 gemäß 1 durch ein Substrat 26 ersetzt ist, das sandwichartig gebildet ist und zwei sich überlagernde dünne Schichten 27, 28 aus einem Material mit hoher thermischen Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Saphir oder Silizium, umfaßt. Die Schichten 27, 28 sind durch eine Schicht 29 aus einem Bindemittel getrennt, die hinreichend dünn ist, um im wesentlichen dieselben thermischen Eigenschaften für das Substrat 26 wie beim Substrat 11 gemäß 1 zu erhalten. Da 3 in einem größeren Maßstab gezeichnet ist, ist die Rohrwicklung 18 geschnitten, um die Ausbildung der Düse 30 darzustellen. Diese kann durch Aufbohren des Rohres gebildet werden, sie kann jedoch auch auf irgendeine andere geeignete Art hergestellt werden. Eine praktische Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Wicklung 18 auf ein Gasflußtestgestell zu setzen und das offene Ende 20 zunehmend zu falten, um die Düse 30 zur Abgabe einer vorbestimmten Flußrate bei einem festgesetzten Druck zu kalibrieren. Aus 3 ergibt sich auch, daß das photoleitende Element 10 durch eine dünne Schicht 31 aus einem Bindemittel an der oberen Schicht 27 befestigt sein kann. Eine solche Verbindung wird vorzugsweise erreicht durch die Verwendung einer reinen Form von Epoxydharz und einer reinen Form eines Härters in Verbindung mit Lösungsmitteln, falls erforderlich, um eine Dicke für das Bindemittel zu erhalten, die in der Größenordnung von 1 μm liegt. Die Schicht 29 zwischen den Substraten 27 und 28 kann dicker sein und ist typi scherweise einige wenige μm dick, das heißt, zwischen 1 μm und 10 μm. Obwohl das Substrat 26 in 3 als in einer glatten Bohrung 32 aufgenommen gezeigt ist, kann es auch in einer Ausnehmung angeordnet sein, wie sie beispielsweis in 1 mit 12 angegeben ist.Aside from the features of the invention 3 generally the already related to 1 described known arrangement, the same reference numerals being used for corresponding elements. The main difference is that the monolithic or solid substrate 11 according to 1 through a substrate 26 is replaced, which is sandwiched and two superimposed thin layers 27 . 28 made of a material with high thermal conductivity, such as sapphire or silicon. The layers 27 . 28 are through a shift 29 separated from a binder that is sufficiently thin to have substantially the same thermal properties for the substrate 26 like the substrate 11 according to 1 to obtain. There 3 drawn on a larger scale is the pipe winding 18 cut to the formation of the nozzle 30 display. This can be formed by drilling the tube, but it can also be made in any other suitable way. A practical option is, for example, the winding 18 to put on a gas flow test rack and the open end 20 increasingly fold to the nozzle 30 calibrate to deliver a predetermined flow rate at a set pressure. Out 3 it also results that the photoconductive element 10 through a thin layer 31 from a binder on the top layer 27 can be attached. Such a bond is preferably achieved by using a pure form of epoxy resin and a pure form of a hardener in conjunction with solvents, if necessary, in order to obtain a thickness for the binder which is of the order of 1 μm. The layer 29 between the substrates 27 and 28 can be thicker and is typically a few μm thick, i.e. between 1 μm and 10 μm. Although the substrate 26 in 3 than in a smooth bore 32 is shown, it can also be arranged in a recess, as shown, for example, in 1 With 12 is specified.

Das Substrat 26 besitzt typischerweise einen Durchmesser von 4 mm und eine Dicke von etwa 500 μm, in gleicher Weise aufgeteilt zwischen den beiden Schichten 27 und 28. Der Aufbau des Substrates 26 kann jedoch variieren, was beispielsweise bei der Verwendung von Schichten 27, 28 unterschiedlicher Dicke erforderlich ist und/oder bei unterschiedlichen Materialien wie zum Beispiel Saphir, Silizium und Galliumarsenid; gegebenenfalls können auch drei oder mehrere Schichten verwendet werden. Insbesondere kann die obere Schicht 27, das heißt die Schicht, die am weitesten von der Kühldüse 30 entfernt ist, aus Galliumarsenid gebildet sein, wobei das photoleitende Element 10 darauf epitaxial gebildet ist.The substrate 26 typically has a diameter of 4 mm and a thickness of about 500 μm, divided equally between the two layers 27 and 28 , The structure of the substrate 26 however, can vary, for example when using layers 27 . 28 different thickness is required and / or with different materials such as sapphire, silicon and gallium arsenide; optionally three or more layers can also be used. In particular, the top layer 27 , that is the layer furthest from the cooling nozzle 30 is removed from gallium arsenide, the photoconductive element 10 thereon is formed epitaxially.

Bei der in 3 dargestellten Anordnung hat sich gezeigt, daß ein einen offenen Kreislauf aufweisender Joule-Thompson-Minikühler wesentlich weniger elektrisches Rauschen in dem photoleitenden Element 10 erzeugt. Abgesehen von der Steigerung der Leistung des photoleitenden Elements 10 durch eine Verminderung des elektrischen Rauschens ermöglicht die Erfindung auch, daß die Abkühlzeit bei einem gegebenen Pegel des erzeugten elektrischen Rauschens reduziert wird, und zwar entweder durch ein Erhöhen der Flußrate des Kühlmittels oder durch das Herabsetzen der Dicke des Substrates 26 oder durch eine Kombination dieser zwei Maßnahmen.At the in 3 The arrangement shown has shown that an open circuit Joule-Thompson mini-cooler has significantly less electrical noise in the photoconductive element 10 generated. Apart from increasing the performance of the photoconductive element 10 by reducing electrical noise, the invention also enables the cooling time to be reduced at a given level of electrical noise generated, either by increasing the flow rate of the coolant or by reducing the thickness of the substrate 26 or by a combination of these two measures.

Claims

Infrared detector for operation at a low temperature with a photoconductive element, which is from a mounting substrate ( 26 ) and an open circuit Joule Thompson cooler ( 17 ) for rapid cooling of the photoconductive element by dissipation through the mounting substrate ( 26 ) through; the mounting substrate ( 26 ) is sandwich-like and at least two superimposed thin substrate layers ( 27 . 28 ) of a material with a high thermal conductivity, which is covered by a layer ( 29 ) are separated from a binder, the mounting substrate ( 26 ) a thickness of approximately 500 μm and the layer consisting of binder ( 29 ) have a thickness of less than 10 μm.

Infrared detector according to claim 1, characterized in that at least one of the thin substrate layers ( 27 . 28 ) is made of sapphire.

Infrared detector according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the thin substrate layers ( 27 . 28 ) is made of silicon.

Infrared detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that; that the layer consisting of binder ( 29 ) has a thickness of less than 5 μm.

Infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the photoconductive element ( 10 ) epitaxial on the thin substrate layer ( 27 ) which is the farthest from the Joule-Thompson cooler ( 17 ) is removed.

Infrared detector according to claim 5, characterized in that the thin substrate layer ( 27 ) the farthest from the cooler ( 17 ) away is formed from gallium arsenide.

Infrared detector according to one of claims 1 to 4, characterized in that the photoconductive element ( 10 ) through a thin layer ( 31 ) made of binding material on the thin substrate layer ( 27 ) that is farthest from the radiator ( 17 ) is removed.

Infrared detector according to one of the preceding claims, characterized in that the Joule-Thompson cooler ( 17 ) is designed so that coolant is applied directly to the surface of the closest thin substrate layer ( 28 ) is delivered.

Infrared-controlled device, characterized in that it comprises an infrared detector according to one of the preceding claims.