RU2213941C1 - Приемник инфракрасного излучения - Google Patents
Приемник инфракрасного излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213941C1 RU2213941C1 RU2002101297A RU2002101297A RU2213941C1 RU 2213941 C1 RU2213941 C1 RU 2213941C1 RU 2002101297 A RU2002101297 A RU 2002101297A RU 2002101297 A RU2002101297 A RU 2002101297A RU 2213941 C1 RU2213941 C1 RU 2213941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- frame
- cooled
- thermal conductivity
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения. Приемник содержит закрепленный в оправе вакуумированный сосуд Дьюара с внешним и внутренним входными окнами, напротив которых на охлаждаемом держателе расположен установленный на подложке кристалл с фоточувствительными элементами, причем основание держателя соединено с оправой, торец держателя снабжен радиатором, выполненным из материала, теплопроводность которого больше, чем теплопроводность подложки, а полость вокруг держателя заполнена осушенным газом, температура кристаллизации которого выше рабочей температуры приемника, при которой давление насыщенных паров газа над его твердой фазой не превышает 10-4 мм рт.ст. При рабочей температуре полость вакуумируется до 10-4 мм рт.ст., что способствует снижению теплопритока к элементам конструкции, так как именно при таком вакууме происходит качественный переход от конвективного теплообмена к излучательному. Техническим результатом изобретения является улучшение теплофизических характеристик прибора: снижение охлаждаемой массы, уменьшение времени выхода на рабочий режим. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности, к охлаждаемым полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения.
Известен приемник ИК излучения, содержащий криостат, образованный внешним корпусом с входным окном и размещенным внутри него сосудом Дьюара, внутренняя оболочка которого охлаждается и соединена с внешней оболочкой упругим теплопроводом, а фоточувствительный элемент (ФЧЭ) приемника излучения установлен внутри заполненного газом корпуса на внешней оболочке сосуда Дьюара (см. авт. св. 453539, МКИ 5 Н 01 L 23/24). При этом обеспечивается хорошая теплоизоляция между охлаждаемой внутренней оболочкой сосуда Дьюара и корпусом криостата за счет наличия вакуумированной полости, однако при рабочей температуре прибора ~ 77 К из-за хорошей теплопроводности газа происходит охлаждение входного окна и конденсация на нем газа, находящегося между корпусом и внешней оболочкой сосуда Дьюара, что приводит к ухудшению характеристик и, возможно, неработоспособности приемника излучения.
Известен приемник ИК излучения, содержащий вакуумированный криостат (сосуд Дьюара), в котором внутренний цилиндр криостата используется как держатель кристаллла с ФЧЭ (см. заявку ЕР 0339836 А2, МПК 4 F 25 В 9/00, 1989 г. ). При этом обеспечивается хорошая теплоизоляция между охлаждаемым внутренним цилиндром и внешней стенкой криостата за счет наличия между ними вакуумированной полости, однако, поскольку криостат выполняется металлическим, со временем из-за дегазации и натекания, вакуум ухудшается, что приводит к выходу из строя всего прибора.
Известен выбранный за прототип приемник ИК излучения, содержащий установленный в корпусе, закрепленный в оправе вакуумированный сосуд Дьюара, снабженный входными окнами, напротив которых на охлаждаемом держателе расположен кристаллл с фоточувствительными элементами и диафрагму, а герметичная полость, образованная держателем, сосудом Дьюара и оправой, заполнена осушенным газом (см. свид. на полезную модель РФ 14666, МКИ 7 G 01 J 5/02). Такая конструкция обеспечивает высокую надежность прибора, однако имеет значительное время выхода на режим при охлаждении до рабочей температуры ~77 К, обусловленное конвективным теплопереносом внутри заполненной газом полости, за счет которого происходит непреднамеренное охлаждение внутренней стенки сосуда Дьюара, то есть фактическое увеличение охлаждаемой массы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение теплофизических характеристик прибора: снижение охлаждаемой массы, уменьшение времени выхода на рабочий режим и др.
Указанный технический результат достигается тем, что в приемнике ИК излучения, содержащем закрепленный в оправе вакуумированный сосуд Дьюара с внешним и внутренним входными окнами, напротив которых на охлаждаемом держателе расположен установленный на подложке кристалл с фоточувствительными элементами, причем основание держателя соединено с оправой, торец держателя снабжен радиатором, выполненным из материала, теплопроводность которого больше, чем теплопроводность подложки, а полость вокруг держателя заполнена осушенным газом, температура кристаллизации которого выше рабочей температуры приемника, при которой давление насыщенных паров газа над его твердой фазой не превышает 10-4 мм рт. ст. В частном случае радиатор может быть выполнен в виде пластины.
Заполнение полости вокруг держателя газом, температура кристаллизации которого выше рабочей температуры приемника, при которой давление насыщенных паров газа над его твердой фазой не превышает 10-4 мм рт. ст., исключает конвективный теплообмен, так как при рабочей температуре происходит кристаллизация газа на радиаторе. При этом в полости образуется разреженная атмосфера, то есть фактически при рабочей температуре полость вакуумируется до 10-4 мм рт. ст., что способствует снижению теплопритока к элементам конструкции.
Выбор газа, при котором давление насыщенных паров над твердой фазой газа при рабочей температуре приемника не превышает 10-4 мм рт. ст., обусловлен тем, что при таком вакууме полностью прекращается конвективный теплообмен и теплопроводность по газовой среде и происходит переход к теплообмену излучательному.
Предложенная конструкция также обеспечивает длительный срок хранения и увеличивает срок службы и надежность работы приемника, так как в нерабочем состоянии газ в полости находится при атмосферном давлении, что практически исключает возможность натекания, десорбции газов со стенок и другие нежелательные явления, существующие при длительной эксплуатации и хранении вакуумированных конструкций криостата.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема заявленного устройства.
Приемник ИК излучения состоит из закрепленного в оправе 1 вакуумированного сосуда Дьюара 2, снабженного наружным и внутренним входными окнами 3 и 4 соответственно. На охлаждаемом держателе 5, основание которого соединено с оправой 1, расположен установленный на подложку 6 кристалл 7 с фоточувствительными элементами. Торец держателя 5 снабжен радиатором 8, а полость вокруг него, образованная внутренним входным окном, стенкой сосуда Дьюара, оправой и основанием, заполнена осушенным газом, температура кристаллизации которого выше рабочей температуры приемника, при которой давление насыщенных паров газа над его твердой фазой не превышает 10-4 мм рт. ст. Подложка 6 может быть выполнена как в виде пластины, так и виде элемента крепления более сложной формы в зависимости от типа ФЧЭ или других особенностей, например, П-образной формы или скоб.
В процессе работы прибора происходит охлаждение кристалла до криогенных температур, причем самая холодная зона находится в торце держателя, на котором закреплен радиатор. Поскольку температура кристаллизации газа выше рабочей температуры прибора, происходит кристаллизация находящегося в полости газа на радиаторе, охлаждающемся в первую очередь, так как теплопроводность материала, из которого он сделан, выше теплопроводности подложки, на которой установлен кристалл. При этом в полости образуется вакуум, прекращается конвективный теплообмен между охлаждаемым держателем и внутренней стенкой сосуда Дьюара, что позволяет снизить нагрузку на систему охлаждения и уменьшить время выхода прибора на рабочий температурный режим.
Предложенная конструкция разработана для приемников ИК излучения с матрицами ФЧЭ из силицида платины, рабочая температура которого ~80 К. Стеклянный сосуд Дьюара с сапфировыми окнами герметично приварен к металлической оправе, которая также герметично присоединена к основанию держателя. В торце охлаждаемого держателя цилиндрической формы с ⌀ 6 мм установлены радиатор, выполненный в виде пластины из алюмооксидной керамики, например, ВК94-1, и кристалл Si с матрицей ФЧЭ, установленный на подложку П-образной формы из сплава "ковар", при рабочей температуре теплопроводности алюмооксидной керамики и ковара равны 8-10 и 1300-1500 Вт/м•К соответственно. Герметичная полость вокруг держателя заполнена осушенным углекислым газом, температура кристаллизации которого при атмосферном давлении равна 195 К, а давление его насыщенных паров над твердой фазой при рабочей температуре - 5•10-5 мм рт. ст.
Таким образом, предложенная конструкция совмещает в себе преимущества вакуумных криостатов: низкие теплопритоки, небольшое время выхода на рабочий режим; и газонаполненных криостатов: надежность, длительные сроки службы и хранения приборов.
Claims (2)
1. Приемник инфракрасного излучения, содержащий закрепленный в оправе вакуумированный сосуд Дьюара с внешним и внутренним входными окнами, напротив которых на охлаждаемом держателе расположен установленный на подложке кристалл с фоточувствительными элементами, причем основание держателя соединено с оправой, торец держателя снабжен радиатором, выполненным из материала, теплопроводность которого при рабочей температуре больше, чем теплопроводность материала подложки, а полость вокруг держателя заполнена осушенным газом, температура кристаллизации которого выше рабочей температуры приемника, при которой давление насыщенных паров газа над его твердой фазой не превышает 10-4 мм рт.ст.
2. Приемник инфракрасного излучения по п.1, в котором радиатор выполнен в виде пластины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002101297A RU2213941C1 (ru) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | Приемник инфракрасного излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002101297A RU2213941C1 (ru) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | Приемник инфракрасного излучения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2213941C1 true RU2213941C1 (ru) | 2003-10-10 |
RU2002101297A RU2002101297A (ru) | 2004-03-20 |
Family
ID=31988711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002101297A RU2213941C1 (ru) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | Приемник инфракрасного излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213941C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486480C1 (ru) * | 2011-12-07 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Оптический криостат |
-
2002
- 2002-01-22 RU RU2002101297A patent/RU2213941C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486480C1 (ru) * | 2011-12-07 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Оптический криостат |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002101297A (ru) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2749428B2 (ja) | 真空装置形成方法及び赤外線検出器 | |
US5177364A (en) | Infrared detector construction including a getter and method for manufacturing same | |
JP3277378B2 (ja) | マイクロホン装置 | |
EP0087827A1 (en) | Infra-red radiation detectors | |
JP2002246922A (ja) | 無線受信機 | |
JP2008539560A5 (ru) | ||
JPH10505682A (ja) | 閉サイクルガスで低温冷却される放射線検出器 | |
JP2008541410A5 (ru) | ||
EP0136687B1 (en) | Infrared receiver | |
RU2213941C1 (ru) | Приемник инфракрасного излучения | |
EP2085720A2 (en) | Cryogenic container with built-in refrigerator | |
JPH02503461A (ja) | 低温収着ポンプ | |
US4740702A (en) | Cryogenically cooled radiation detection apparatus | |
RU2194254C1 (ru) | Приемник инфракрасного излучения | |
RU14666U1 (ru) | Приемник инфракрасного излучения | |
EP0585001A2 (en) | X-ray spectrometry detector | |
RU10877U1 (ru) | Приемник ик излучения | |
RU2262776C1 (ru) | Приемник инфракрасного излучения | |
EP0406342B1 (en) | Dewar cryopumping using molecular sieve | |
JPS6214710Y2 (ru) | ||
RU2204812C1 (ru) | Приемник инфракрасного излучения | |
JP2597696B2 (ja) | 最適に段階づけられるクライオポンプ | |
JP2002048868A (ja) | エネルギー分散型x線検出器及びその真空排気方法 | |
JPS6214709Y2 (ru) | ||
SU1716409A1 (ru) | Датчик дл рентгенорадиометрического анализатора с полупроводниковым детектором |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080123 |