ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H01L31/24 

Предлагаемое изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения электромагнитного излучения, в частности к охлаждаемым полупроводниковым приемникам излучения, например, к кремниевым приемникам с засветкой с обратной стороны.

Известен приемник ИК-излучения, в котором в вакуумном криостате на охлаждаемом цилиндре установлено сначала основание, изготовленное из керамического материала или металла, а затем на боковых держателях закреплен кристалл с фоточувствительной ИС (з. ЕПВ N 0518026, МПК H 01 L 31/024, 1992 г.) Однако в процессе производства прибора, во время хранения и транспортировки кристалла с фоточувствительной ИС до установки ее в криостат, такая конструкция не обеспечивает защиту от загрязнений и механических воздействий, что может повлиять на выходные характеристики ИС и требует принятия дополнительных мер предосторожности.

Известен выбранный за прототип приемник излучения, содержащий образующие герметичную полость основание, рамку и кристалл с фоточувствительной ИС, снабженный электрическими выводами (см. пат РФ N 2138099, МПК 6 H 01 L 31/024). Такие приемники, например, матричные фотоприемники ИК-диапазона с барьером Шоттки на основе силицида платины, используются в охлаждаемых до криогенных температур криостатах, причем герметизация может проводиться как в среде осушенных газов, так и в вакууме. Наличие загерметизированной полости позволяет защитить обращенную вовнутрь фоточувствительную ИС от загрязнений и механических воздействий до установки в криостат. Однако в современных конструкциях тепловизионных приборов используются как газонаполненные, так и вакуумируемые криостаты, поэтому когда требуется размещение заполненного газом приемника в вакуумном криостате, то возникает достигающий трех порядков перепад давлений между герметичной полостью приемника и объемом криостата. Отрицательное воздействие такого различия усугубляется при эксплуатации необходимостью многократного термоциклирования от комнатной до криогенной температур, что может привести к отрыву электрических контактов и другим нежелательным последствиям при неконтролируемой разгерметизации приемника. Аналогичные проблемы возникают при использовании приемника с вакуумной полостью в газонаполненном криостате.

Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является расширение технических возможностей приемника, в том числе, обеспечение надежности работы прибора в криостатах тепловизионных приборов.

Указанный результат достигается тем, что в приемнике излучения, содержащем образующие герметичную полость основание, рамку и кристалл с фоточувствительной ИС, снабженный электрическими выводами, основание выполнено из двух или нескольких составных частей, к одной из которых прикреплены рамка с электрическими выводами, а остальные соединены с этой частью герметично. В частном случае выполнения приемника одна из составных частей основания, не соединенных с рамкой и электрическими выводами, расположена в его центре и выполнена в виде круга. Причем часть основания, к которой прикреплены рамка и электрические выводы, может быть выполнена из вакуум-плотной керамики или сапфира, а остальные - из ковара.

Выполнение основания из составных частей позволяет наиболее простым способом разгерметизировать полость приемника при его сборке в криостат, что в дальнейшем при откачке криостата обеспечит выравнивание давлений внутри и снаружи приемника излучения.

Выбор материалов для различных частей основания определяется хорошим согласованием коэффициентов термического расширения вакуум-плотной керамики, сапфира и ковара, а также тем, что использование ковара экономически выгодно из-за его относительной дешевизны и отсутствия дополнительных операций при установке в приемник (например, металлизации, для диэлектрических материалов). Кроме того, это делает предложенную конструкцию универсальной, так как газонаполненный приемник может быть установлен как в вакуумные криостаты с разгерметизацией полости, так и в газонаполненные криостаты без разгерметизации, что немаловажно, так как ввиду сложности конструкции фоточувствительной схемы любая дополнительная операция снижает выход годных приборов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемого приемника излучения.

Приемник излучения содержит образующие герметичную полость основание, выполненное, например, из двух частей 1 и 2, рамку 3 и кристалл с фоточувствительной ИС 4. К части основания 1, захватывающей периферийную область, прикреплены рамка 3 и электрические выводы 5, выполненные в виде столбиков, соединенных с напыленными на основание токопроводящими дорожками, изолированными диэлектрическим материалом в местах пересечения с металлической рамкой 3. Часть основания 2, выполненная в виде круга, расположена в центре и герметично присоединена к первой при помощи припоя.

При сборке предложенной конструкции приемника в криостат вынимают те части основания, которые не связаны с рамкой и электрическими выводами, при этом образуется отверстие между полостью приемника и объемом криостата, благодаря которому происходит выравнивание давлений. При необходимости количество съемных деталей может быть увеличено, а форма разнообразна под решение конкретных технических задач.

Предложенная конструкция реализована для приемника ИК-излучения со сформированной на Si-кристалле матрицей ПЗС с фоточувствительными элементами на барьерах Шоттки из силицида платины, работающего при температуре 80К. Часть основания 1 выполнена из вакуум-плотной керамики 94ВК или сапфира, часть 2 - из ковара, соединение между ними - из легкоплавкого припоя с температурой плавления ~ 80-120^oC. Размеры основания составляли 9х10 мм, ⊘ вставки из ковара - 4 мм. Для изъятия части 2 проводится нагревание основания до температуры плавления припоя, после чего она легко отделяется от оставшейся части основания, а приемник помещается в криостат для дальнейшей сборки прибора.

Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения электромагнитного излучения, в частности к охлаждаемым полупроводниковым приемникам излучения, например к кремниевым приемникам с засветкой с обратной стороны. Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является расширение технических возможностей приемника, в том числе обеспечение надежности работы прибора в криостатах тепловизионных приборов. Сущность: в приемнике излучения, содержащем образующие герметичную полость основание, рамку и снабженный электрическими выводами кристалл с фоточувствительной ИС, основание состоит из двух или нескольких частей, к одной из которых прикреплены рамка и электрические выводы, а остальные соединены с этой частью герметично. В частном случае выполнения приемника одна из составных частей основания, не соединенных с рамкой и электрическими выводами, расположена в его центре и выполнена в виде круга. При этом часть основания, к которой прикреплены рамка и электрические выводы, может быть выполнена из вакуум-плотной керамики или сапфира, а остальные - из ковара. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приемник излучения, содержащий образующие герметичную полость основание, рамку и кристалл с фоточувствительной ИС, снабженный электрическими выводами, отличающийся тем, что основание состоит из двух или нескольких частей, к одной из которых прикреплены рамки и электрический выводы, а остальные соединены с этой частью герметично. 2. Приемник излучения по п.1, отличающийся тем, что одна из составных частей основания, не соединенных с рамкой и электрическими выводами, расположена в его центре и выполнена в виде круга. 3. Приемник излучения по п.1, отличающийся тем, что часть основания, к которой прикреплены рамки и электрические выводы, выполнена из вакуум-плотной керамики или сапфира, а остальные - из ковара.