ПРИЕМНИК ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H01L31/24 G01J5/02 

Предлагаемое изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности к охлаждаемым полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения.

Известен приемник ИК излучения, содержащий размещенный в металлическом вакуумированном корпусе кристалл с ФЧЭ, установленный на цилиндрическом держателе, и микрокриогенную систему охлаждения (МКС) с несколькими микроохладителями (см. пат. США №5111049, НКИ 250/352, 1992 г.). В данной конструкции предусмотрено охлаждение не только держателя, но и двух участков корпуса, а также предусмотрена установка геттера в 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 наиболее близкий по технической сущности приемник ИК 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 (ФЧЭ), причем торец держателя снабжен радиатором, а полость вокруг держателя заполнена осушенным газом (см. пат. РФ на изобретение №2213941, МПК 7 G 01 J 5/02, 2003 г.). В процессе работы прибора происходит кристаллизация находящегося в полости газа на радиаторе, при этом в полости образуется вакуум, прекращается конвективный теплообмен между охлаждаемым держателем и внутренней стенкой сосуда Дьюара. Однако такая конструкция после длительного хранения имеет невысокую надежность, так как в замкнутом пространстве могут происходить неконтролируемые процессы, обусловленные наличием перепада давлений внутри прибора, наличием металлостеклянных швов и сложной конфигурацией элементов.

Техническим результатом при использовании предложенной конструкции является повышение надежности работы прибора после длительного срока хранения,

Указанный технический результат достигается тем, что приемник инфракрасного излучения содержит снабженные микроохладителями основной криостат, в котором на охлаждаемом держателе расположен кристалл с фоточувствительными элементами, и дополнительный криостат, герметично соединенные между собой трубопроводом, снабженным клапаном, и заполненные газом, температура конденсации которого выше рабочей температуры прибора, причем хладопроизводительность микроохладителя дополнительного криостата выше хладопроизводительности микроохладителя основного криостата. В частном случае выполнения на охлаждаемой поверхности дополнительного криостата расположен сорбент, например активированный уголь. Также в частном случае микроохладители могут быть выполнены дроссельными и подключены к одному источнику хладагента.

Новым в предложенной конструкции является то, что приемник инфракрасного излучения содержит дополнительный криостат с микроохладителем, криостаты герметично соединены между собой трубопроводом, снабженным клапаном, а хладопроизводительность микроохладителя дополнительного криостата выше хладопроизводительности микроохладителя основного криостата. Наличие дополнительного криостата с микроохладителем позволяет после длительного хранения прибора обеспечить его надежную работу, так как в процессе выхода приемника ИК излучения на рабочий температурный режим происходит конденсация находящегося в объеме прибора газа в первую очередь на внутренней охлаждаемой поверхности дополнительного криостата, при этом в объеме основного криостата образуется вакуум, при котором прибор работает с заданными параметрами. Наличие на охлаждаемой поверхности дополнительного криостата сорбента, например активированного угля, повышает эффективность процесса осаждения газа.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства.

Приемник инфракрасного излучения содержит основной 1 и дополнительный 2 криостаты, заполненные газом. В корпусе основного криостата 1 на охлаждаемом держателе 3 расположен кристалл 4 с фоточувствительными элементами. Один микроохладитель 5 расположен внутри держателя 3 основного криостата 1, другой микроохладитель 6 находится в дополнительном криостате 2, например, в предназначенной для него полости, образованной внутренними стенками криостата. Криостаты 1 и 2 герметично соединены между собой трубопроводом 7, снабженным клапаном 8. В частном случае на охлаждаемой поверхности внутри дополнительного криостата может быть расположен сорбент 10, например активированный уголь. Также в частном случае микроохладители могут быть выполнены дроссельными и подключены к одному источнику хладагента (на чертеже не показан).

Устройство работает следующим образом. При включении прибора происходит захолаживание обоих криостатов. Причем ввиду большей хладопроизводительности микроохладителя дополнительного криостата 2 температура в нем понижается быстрее, и газ, находящийся в объеме обоих криостатов, соединенных трубопроводом, конденсируется на внутренней охлаждаемой поверхности дополнительного криостата 2 или, в частном случае выполнения, на поверхности сорбента 10. При этом объем основного криостата разрежается до заданного значения вакуума, после чего клапан 8 трубопровода 7, соединяющего криостаты, закрывается и проводится считывание сигнала с ФЧЭ кристалла в основном криостате 1. Наличие сорбента 10 на охлаждаемой поверхности дополнительного криостата 2 повышает эффективность конденсации газа.

Предложенная конструкция разработана для приемников ИК излучения с ФЧЭ на основе силицида платины, работающих при температуре 80К. Внутренняя стенка дополнительного криостата выполнена в виде цилиндра, в полости которого размещен микроохладитель, а на охлаждаемом торце цилиндра закреплена, например приклеена, таблетка активированного угля. В качестве газа, заполняющего криостаты, используется ксенон с температурой конденсации (тройная точка на диаграмме состояний) 160К, имеющий упругость паров 4,5·10^-3 мм рт. ст. при 80К. При таком значении вакуума конвективный теплообмен и теплопроводность в объеме основного криостата практически отсутствует, что обеспечивает надежную работу прибора с заданными параметрами. Криостаты могут быть заполнены также осушенным углекислым газом, который при рабочей температуре прибора находится в твердом состоянии (температура кристаллизации 216 К), а давление насыщенных паров над твердой фазой при рабочей температуре - 5·10^-5 мм рт. ст. В качестве клапана, расположенного на соединяющем объемы криостатов трубопроводе, может использоваться электромагнитный клапан, который автоматически закрывается при достижении заданного значения вакуума.

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает надежную работоспособность прибора при его включении после длительного хранения.

Предлагаемое изобретение относится к охлаждаемым полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения. Техническим результатом при использовании предложенной конструкции является повышение надежности работы прибора после длительного срока хранения. Сущность: приемник инфракрасного излучения содержит снабженные микроохладителями основной криостат, в котором на охлаждаемом держателе расположен кристалл с фоточувствительными элементами, и дополнительный криостат, герметично соединенные между собой трубопроводом, снабженным клапаном, и заполненные газом, температура конденсации которого выше рабочей температуры прибора, причем хладопроизводительность микроохладителя дополнительного криостата выше хладопроизводительности микроохладителя основного криостата. В частном случае выполнения на охлаждаемой поверхности внутри дополнительного криостата расположен сорбент, например активированный уголь. Также в частном случае микроохладители могут быть выполнены дроссельными и подключены к одному источнику хладагента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приемник инфракрасного излучения, содержащий снабженные микроохладителями основной криостат, в котором на охлаждаемом держателе расположен кристалл с фоточувствительными элементами, и дополнительный криостат, герметично соединенные между собой трубопроводом с клапаном и заполненные газом, температура конденсации которого выше рабочей температуры прибора, причем хладопроизводительность микроохладителя дополнительного криостата выше хладопроизводительности микроохладителя основного криостата.2. Приемник инфракрасного излучения по п.1, отличающийся тем, что на охлаждаемой поверхности дополнительного криостата расположен сорбент, например активированный уголь.3. Приемник инфракрасного излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что микроохладители выполнены дроссельными и подключены к одному источнику хладагента.