RU220808U1

RU220808U1 - Optical radiation receiver

Info

Publication number: RU220808U1
Application number: RU2023114632U
Authority: RU
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НАНОСЛЕД"
Filing date: 2023-06-02
Publication date: 2023-10-04

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в микроэлектронике, метрологии, авиа- и космической отрасли. Устройство содержит корпус с цилиндрическим установочным диском и электрическими вводами, на котором размещена подложка чувствительного элемента из полиимидного материала с нанесенными на нее высокоэффективными термоэлектрическими материалами p-Bi_0.5Sb_1.5Te₃ и n-Bi₂Te_2.7Se_0.3, коммутационными и поглощающими покрытиями, на которой холодные спаи размещены над цилиндрическим установочным диском, а горячие спаи располагаются под поглощающим покрытием и формируют приемную площадку приемника излучения. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение точности измерений. The utility model relates to measuring technology and can be used in microelectronics, metrology, the aviation and space industries. The device contains a housing with a cylindrical mounting disk and electrical inputs, on which a sensitive element substrate made of polyimide material is placed with highly efficient thermoelectric materials p-Bi _0.5 Sb _1.5 Te ₃ and n-Bi ₂ Te _2.7 Se _0.3 applied to it, switching and absorbing coatings, on which the cold junctions are located above the cylindrical mounting disk, and the hot junctions are located under the absorbing coating and form the receiving platform of the radiation receiver. The technical result of the proposed utility model is to increase the measurement accuracy.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике. Приемник оптического излучения относится к светочувствительным элементам электронной техники, основанным на термоэлектрическом принципе преобразования энергии, и может быть использован в микроэлектронике, метрологии, авиа- и космической отрасли.The utility model relates to measuring equipment. An optical radiation receiver is a photosensitive element of electronic equipment based on the thermoelectric principle of energy conversion and can be used in microelectronics, metrology, and the aviation and space industries.

Приемники излучения используются для измерения энергетических характеристик исследуемого излучения. Принцип действия приемника оптического излучения заключается в преобразовании энергии исследуемого оптического излучения в электрическую, по измерениям параметров которой делается вывод об энергетических параметрах излучения.Radiation detectors are used to measure the energy characteristics of the radiation being studied. The principle of operation of an optical radiation receiver is to convert the energy of the optical radiation under study into electrical energy, from the measurements of the parameters of which a conclusion is drawn about the energy parameters of the radiation.

Известны приемники оптического излучения US 9978926 В2, US 9857107 В2, использующие объемные термоэлектрические материалы для преобразования оптической энергии в электрическую.Known optical radiation receivers US 9978926 B2, US 9857107 B2, using bulk thermoelectric materials to convert optical energy into electrical energy.

Недостатками является низкое быстродействие, высокий расход термоэлектрических материалов и высокая стоимость.The disadvantages are low performance, high consumption of thermoelectric materials and high cost.

Известен приемник оптического излучения термоэлектрического типа RU 2283481 С2, содержащий приемный элемент, выполненный из сапфира, а также термоэлектрические ветви, выполненные из сплавов висмута, олова и теллура.A known thermoelectric optical radiation receiver RU 2283481 C2 contains a receiving element made of sapphire, as well as thermoelectric branches made of alloys of bismuth, tin and tellurium.

Недостатком данного решения является высокая стоимость изделий и низкая точность измерений, обусловленная использованием термоэлектрических материалов низкой эффективности и кристаллических подложек из сапфира.The disadvantage of this solution is the high cost of the products and low measurement accuracy due to the use of low-efficiency thermoelectric materials and crystalline sapphire substrates.

Предлагаемый приемник оптического излучения изображен на фиг. 1 и представляет собой корпус с цилиндрическим установочным диском и электрическими вводами (1), на котором расположена подложка чувствительного элемента (2). На подложке нанесено термоэлектрическое покрытие (3) включает ветви р- и n- типа проводимости, которые расположены таким образом, что «горячие спаи» расположены по центру подложки чувствительного элемента, а «холодные спаи» расположены над цилиндрическим установочным диском корпуса изделия. Над горячими спаями нанесен участок поглощающего покрытия (5), формирующий приемную площадку приемника оптического излучения. Коммутационное покрытие (4) образует последовательное электрическое соединение термоэлектрических ветвей. Крайние коммутационные площадки имеют электрический контакт с электрическими вводами корпуса изделия. Принцип действия изделия заключается в следующем. Оптическое излучение поглощается преимущественно в области приемной площадки приемника оптического излучения благодаря нанесенному поглощающему покрытию. Центральная область, в которой расположены «горячие спаи» нагревается относительно периферийной, в которой расположены «холодные спаи». Полученный перепад температур благодаря термоэлектрическому эффекту приводит к образованию электрического напряжения на противоположенных «холодных спаях», которое пропорционально энергии измеряемого оптического излучения.The proposed optical radiation receiver is shown in Fig. 1 and is a housing with a cylindrical mounting disk and electrical inputs (1), on which the sensing element substrate (2) is located. A thermoelectric coating (3) is applied to the substrate and includes p- and n-type conductivity branches, which are arranged in such a way that the “hot junctions” are located in the center of the sensitive element substrate, and the “cold junctions” are located above the cylindrical mounting disk of the product body. A section of the absorbing coating (5) is applied above the hot junctions, forming the receiving platform of the optical radiation receiver. The switching coating (4) forms a series electrical connection of the thermoelectric branches. The extreme switching pads have electrical contact with the electrical inputs of the product body. The principle of operation of the product is as follows. Optical radiation is absorbed predominantly in the area of the receiving area of the optical radiation receiver due to the applied absorbing coating. The central region, in which the “hot junctions” are located, is heated relative to the peripheral region, in which the “cold junctions” are located. The resulting temperature difference, due to the thermoelectric effect, leads to the formation of an electrical voltage at the opposite “cold junctions”, which is proportional to the energy of the measured optical radiation.

Чувствительность, точность и диапазон воспринимаемых мощностей оптического излучения зависят от эффективности использованных термоэлектрических материалов. Поэтому в предлагаемом решении термоэлектрические ветви р-типа выполнены из высокоэффективного материала Bi_0.5Sb_1.5Te₃, а термоэлектрические ветви n-типа выполнены из высокоэффективного материала Bi₂Te_2.7Se_0.3, обладающими высоким коэффициентом Зеебека, высокой электропроводностью и малой теплопроводностью относительно традиционно используемых висмута и сурьмы, что обуславливает их высокую эффективность. Чувствительность, точность и диапазон воспринимаемых мощностей оптического излучения повышаются с уменьшением теплоемкости и теплопроводности подложки чувствительного элемента, поэтому в настоящем решении использован полиимидный материал, имеющий малую теплопроводность и толщину, составляющую от 10 до 200 мкм. Полиимидные материалы отличаются также значительно более низкой стоимостью, чем традиционно используемые кристаллические подложки.The sensitivity, accuracy and range of perceived optical radiation powers depend on the efficiency of the thermoelectric materials used. Therefore, in the proposed solution, p-type thermoelectric legs are made of highly efficient material Bi _0.5 Sb _1.5 Te ₃ , and n-type thermoelectric legs are made of highly efficient material Bi ₂ Te _2.7 Se _0.3 , which have a high Seebeck coefficient, high electrical conductivity and low thermal conductivity relative to those traditionally used bismuth and antimony, which determines their high efficiency. The sensitivity, accuracy and range of perceived powers of optical radiation increase with a decrease in the heat capacity and thermal conductivity of the sensing element substrate, therefore, in the present solution, a polyimide material is used, which has low thermal conductivity and a thickness ranging from 10 to 200 microns. Polyimide materials are also significantly lower in cost than traditionally used crystalline substrates.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение точности измерений.The technical result of the proposed utility model is to increase the measurement accuracy.

Claims

An optical radiation receiver consisting of a housing with a cylindrical mounting disk and electrical inputs, on which a sensitive element substrate with thermoelectric, switching and absorbing coatings applied to it is placed, with cold junctions located above the cylindrical mounting disk, and hot junctions located under the absorbing coating and form a receiving platform for a radiation receiver, characterized in that the p-type thermoelectric legs are made of high-performance material Bi _0.5 Sb _1.5 Te ₃ , and the n-type thermoelectric legs are made of high-performance material Bi ₂ Te _2.7 Se _0.3 , while the substrate of the sensitive element is made of polyimide material with a thickness of 10 to 200 microns.