MD689Z

MD689Z - Bolometru supraconductor

Info

Publication number: MD689Z
Application number: MDS20130029A
Authority: MD
Inventors: Ефим ЗАСАВИЦКИЙ
Original assignee: ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-05-31
Also published as: MD689Y

Abstract

Invenţia se referă la receptoare de radiaţie cu răcire pentru măsurarea fluxurilor slabe de radiaţie din diapazonul de lungimi de unde milimetrice şi submilimetrice.Bolometrul supraconductor conţine un criostat de heliu, în care este amplasat un regulator de temperatură şi un element sensibil, executat dintr-un semiconductor supraconductor, la care este conectat un dispozitiv de înregistrare. Elementul sensibil este executat în formă de peliculă monocristalină din telurură de staniu dopată cu galiu Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, obţinută prin depunerea materialului semiconductor supraconductor pe un substrat de fluorură de bariu BaF2.

Description

Invenţia se referă la receptoare de radiaţie cu răcire pentru măsurarea fluxurilor slabe de radiaţie din diapazonul de lungimi de unde milimetrice şi submilimetrice.

Este cunoscut un bolometru, care conţine un criostat de heliu cu un regulator de temperatură, în care este amplasat un element sensibil supraconductor în formă de fir monocristalin, executat dintr-un semiconductor de telurură de plumb dopată cu taliu Pb1-xTlxTe, unde x=0,01…0,0225, la care este conectat un dispozitiv de înregistrare. Funcţionarea dispozitivelor de acest tip se bazează pe faptul că sub influenţa radiaţiei are loc încălzirea elementului supraconductor şi, astfel, se modifică rezistenţa în regiunea trecerii materialului în starea supraconductibilă [1].

Dezavantajele acestui bolometru constau în faptul că acesta, fiind fabricat pe baza unui fir monocristalin, necesită aplicarea unor metode speciale de fixare a contactelor pentru excluderea plesnirii firului de-a lungul planului de clivaj [100] din cauza valorii mari a coeficientului de dilatare termică, totodată taliul folosit în calitate de dopant este un material toxic.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în fabricarea unui bolometru rezistent la dilatări termice, precum şi în excluderea utilizării materialului toxic.

Bolometrul supraconductor, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un criostat de heliu, în care este amplasat un regulator de temperatură şi un element sensibil, executat dintr-un semiconductor supraconductor, la care este conectat un dispozitiv de înregistrare. Elementul sensibil este executat în formă de peliculă monocristalină din telurură de staniu dopată cu galiu Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, obţinută prin depunerea materialului semiconductor supraconductor pe un substrat de fluorură de bariu BaF2.

În dispozitivul propus pentru detectarea fluxurilor de radiaţie infraroşie se foloseşte proprietatea interioară specifică a Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, din care este fabricat elementul sensibil, şi anume apariţia stării supraconductoare în materialul semiconductor SnTe<Ga>, care este determinată de următoarele: doparea telururii de staniu cu galiu duce la formarea benzii cvasilocale cu densitatea mare a stărilor în zona de valenţă (îndepărtată de vârf la 0,1 eV cu lăţimea de 5...10 meV) pe fondul spectrului permis. Anume existenţa benzii cvasilocale cu densitatea mare a stărilor în zona de valenţă şi explică toată gama, inclusiv starea supraconductoare în telurura de staniu dopată cu galiu.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-2, care reprezintă:

– fig. 1, schema-bloc a bolometrului supraconductor;

– fig. 2, graficul dependenţei rezistenţei de temperatura elementului sensibil.

În fig. 1 este prezentată schema-bloc a bolometrului supraconductor propus. În criostatul de heliu 1 este amplasat elementul sensibil 2 în formă de peliculă monocristalină de telurură de staniu dopată cu galiu Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, obţinută prin depunerea materialului semiconductor supraconductor SnTe<Ga> pe substratul de fluorură de bariu BaF2, conectat cu dispozitivul de înregistrare 4. Elementul sensibil este plasat în sistemul 3, pentru reglarea şi controlul temperaturii lui de lucru.

Funcţionarea bolometrului este bazată pe dependenţa rezistenţei electrice de temperatura elementului sensibil, şi anume se foloseşte trecerea elementului sensibil în starea supraconductibilă cu alegerea punctului de lucru la mijlocul acestei treceri, care se atinge prin micşorarea temperaturii până la T ≈ 3,25K, când dR/dT este de sute de ori mai mare decât mărimea dR/dT în regimul semiconductor şi, prin urmare, creşte de sute de ori sensibilitatea elementului sensibil.

Trecerea din starea supraconductoare în cea normală a elementului sensibil poate fi folosită ca semnal de trecere a mărimii puterii radiaţiei peste valoarea critică. În domeniul stării normale a elementului sensibil dispozitivul se foloseşte de asemenea pentru măsurarea radiaţiei, deoarece rezistenţa lui are dependenţa rezistenţei de temperatură caracteristică pentru semiconductori.

În fig. 2 este prezentată dependenţa caracteristică rezistenţei de temperatură R(T) a elementului sensibil de Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, cu evidenţierea punctului de lucru al dispozitivului propus.

A fost executat un prototip experimental, care conţine elementul sensibil în formă de peliculă monocristalină din Sn0,98Ga0,02Te, obţinut prin depunerea materialului semiconductor supraconductor SnTe<Ga> pe substratul de fluorură de bariu BaF2, care include următoarele proceduri tehnologice:

– depunerea materialului semiconductor supraconductor SnTe<Ga> se execută pe substratul de fluorură de bariu BaF2, cu orientarea cristalină selectată, de exemplu, (111), (100) sau (110), în camera de creştere a instalaţiei de epitaxie moleculară cu fascicul (vid la nivelul de 10-11mm ai coloanei de mercur);

– depunerea materialului semiconductor supraconductor SnTe<Ga> se execută prin evaporarea din trei celule de tipul Knudsen, care au fost încărcate cu SnTe, Ga şi Te;

– controlul compoziţiei şi al grosimii stratului se execută cu ajutorul aparatelor, cu care este dotată instalaţia;

– studiul proprietăţilor electrofizice ale probelor de material semiconductor supraconductor SnTe<Ga> se execută la temperaturi joase în intervalul 0,4...4,2K;

– fabricarea elementului sensibil se efectuează prin scribing (incizia şi ruperea ulterioară).

În calitate de sursă a radiaţiei infraroşii se foloseşte rezistorul, radiaţia căruia se determină prin curentul care se scurge prin el. Totodată unicul parametru de lucru al dispozitivului este rezistenţa elementului sensibil.

Datorită gamei largi de detectare a radiaţiei infraroşii a bolometrului supraconductor este posibil de a folosi bolometrul în scopul înregistrării semnalelor infraroşii, obţinerii imaginii termice a diferitelor obiecte cu o variaţie mare a intensităţii, de exemplu, la filmarea suprafeţei pământului, apei, în diferite reţele opto-electronice de măsurare, circuite de comandă automată şi monitorizare a radiaţiei, etc.

1. MD 3436 B2 2007.11.30

Claims

Bolometru supraconductor, care conţine un criostat de heliu, în care este amplasat un regulator de temperatură şi un element sensibil, executat dintr-un semiconductor supraconductor, la care este conectat un dispozitiv de înregistrare, caracterizat prin aceea că elementul sensibil este executat în formă de peliculă monocristalină din telurură de staniu dopată cu galiu Sn1-xGaxTe, unde x=0,01...0,0225, obţinută prin depunerea materialului semiconductor supraconductor pe un substrat de fluorură de bariu BaF2.