СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ВЫСОКОВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА, РЕАЛИЗУЮЩАЯ ЭТОТ СПОСОБ Российский патент 2009 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу изготовления и высоковакуумному оборудованию для изготовления электронно-оптических приборов, преобразующих тепловые изображения различных объектов в среднем или дальнем инфракрасном диапазонах спектра в изображения в видимом диапазоне или в электрический сигнал.

Известны способы изготовления и принципы построения высоковакуумных установок для изготовления традиционных электронно-оптических преобразователей изображения (ЭОПов). Существует два основных типа построения рассматриваемых установок.

Известные установки изготовления ЭОПов первого типа включают в себя высоковакуумную безмасляную двухуровневую систему откачки, соединенную с помощью стеклянного разветвителя с одной стороны с системой формирования фотокатода, а с другой стороны соединенные стеклянным штенгелем с круглым коваровым штенгелем, который в свою очередь соединен с круглым медным штенгелем, соединенным непосредственно с полностью собранным ЭОПом [1]. При этом фотокатод формируют на заранее установленном входном окне ЭОПа путем проведения процессов напыления и диффузии требуемых химических элементов из нагреваемых стеклянных ампул системы формирования фотокатода в процессе откачки прибора. После формирования фотокатода герметизация ЭОПа осуществляется путем холодного откусывания медного штенгеля специальными пресс-ножницами. Установки данного типа не могут быть использованы для промышленного изготовления пироэлектрических электронно-оптических преобразователей (пироЭОПов), в которых основным конструктивным отличием от ЭОПов является наличие дополнительного узла - тонкопленочной мишени, чувствительной в инфракрасной области спектра и модулирующей поток электронов от фотокатода. Это связано с тем, что по технологическим причинам тонкопленочную мишень желательно устанавливать в корпус ЭОПа уже после термообработки и формирования фотокатода, т.к. ее нельзя подвергать воздействию повышенных температур и паров цезия.

В качестве прототипа выбран принцип построения высоковакуумных установок второго типа, которые включают в себя высоковакуумную безмасляную двухуровневую систему откачки, герметично соединенную с помощью разветвителя с одной стороны плоским медным штенгелем овального сечения с ЭОПом, а с другой стороны с вакуумной камерой формирования фотокатода. Указанная камера оборудована несколькими устройствами испарения требуемых химических элементов, формирующих фотокатод, и манипулятором, обеспечивающим перемещение изготовленного фотокатода на подложке в корпус ЭОПа без нарушения условий высокого вакуума и закрепление его в корпусе с помощью защелок. При этом фотокатод формируют как отдельный конструктивный элемент на подложке и устанавливают внутрь откачанного ЭОПа без разгерметизации установки с помощью манипулятора через медный штенгель овального сечения. После перемещения и фиксации фотокатода в корпусе ЭОПа манипулятор возвращается в исходное положение, а герметизация прибора осуществляется способом холодного откусывания медного штенгеля [2]. Данная схема изготовления ЭОПов была предложена для исключения осаждения атомов цезия на корпусе и конструктивных элементах внутренней части прибора в процессе формирования фотокатода, который используется в установках первого типа. Это связано с тем, что в дальнейшем при работе ЭОПа атомы цезия ионизируются, ускоряются и, выбивая вторичные электроны, создают дополнительные вспышки и шумы на люминесцентном экране, которые могут быть недопустимы для прецизионных ЭОПов специального применения.

Недостатком известной высоковакуумной установки [2] является то, что она не может быть использована для промышленного изготовления прибора другого типа - пироЭОПа. Как уже отмечалось выше, основным конструктивным отличием пироЭОПа от традиционного ЭОПа является наличие дополнительного конструктивного элемента - тонкопленочной мишени, которая имеет сложную структуру и многоступенчатый процесс изготовления, включающий самые сложные технологические операции современной микроэлектроники. Кроме того, входное окно пироЭОПа выполняется из дорогостоящего материала, прозрачного в дальней инфракрасной области спектра, например германия [3]. Наиболее оптимальная установка для промышленного изготовления пироЭОПов должна иметь систему формирования фотокатода, описанную в установках первого типа, и вакуумную камеру с манипулятором, обеспечивающую перемещение заранее изготовленной тонкопленочной мишени в корпус пироЭОПа без нарушения условий высокого вакуума и закрепление ее в корпусе с помощью защелок.

Вторым недостатком известных высоковакуумных установок является отсутствие условий для промышленного производства, т.е. отсутствие загрузочной камеры, отделяемой от остальной части установки с помощью вакуумного затвора, для хранения партии готовых тонкопленочных мишеней в условиях высокого вакуума, и позволяющей без прекращения процесса откачки захватить манипулятором следующую тонкопленочную мишень для очередного пироЭОПа и, значительно экономя время, изготовить целую партию приборов.

Третьим недостатком установки-прототипа является невозможность контроля качества и технических характеристик пироЭОПа, которые можно было бы измерить еще до его окончательной герметизации. Кроме того, при изготовлении пироЭОПа с помощью известной установки-прототипа невозможна замена негодной тонкопленочной мишени на другую с последующим измерением параметров, а такая возможность позволяет на раннем этапе производства отбраковывать негодные тонкопленочные мишени и экономить невозвратные дорогостоящие детали и элементы пироЭОПа, а также время и труд по сборке, обезгаживанию и испытанию прибора.

Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение времени производства, возможность контроля качества до окончания герметизации, возможность замены одной мишени на другую в процессе формирования пироЭОПа.

Технический результат достигается благодаря тому, что, в соответствии с предлагаемым изобретением в способе изготовления пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, состоящим в том, что осуществляют двухуровневую откачку прибора, дегазацию его внутренней части путем термообработки и формирование фотокатода в условиях высокого вакуума, отличающимся тем, что готовые обезгаженные тонкопленочные мишени хранят в дополнительной загрузочной камере в условиях высокого вакуума, формирование фотокатода производят на входном окне пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения внутри его корпуса до помещения в него тонкопленочной мишени с помощью системы формирования фотокатода, соединенной с помощью штенгеля непосредственно с корпусом прибора, после формирования фотокатода отсоединяют с герметизацией соответствующего штенгеля, затем с помощью манипулятора осуществляют перемещение одной выбранной тонкопленочной мишени в пироэлектрический электронно-оптический преобразователь изображения и фиксируют ее в корпусе, после чего до окончания герметизации производят контроль качества сформированного пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения по сфокусированному тестовому изображению на входном окне, измеряют технические характеристики прибора, в случае необходимости осуществляют замену тонкопленочной мишени и окончательно герметизируют прибор путем холодного откусывания плоского медного штенгеля.

В высоковакуумной установке, для сборки, откачки, формирования фотокатода и испытания пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, реализующей способ по п.1, включающей в себя высоковакуумную безмаслянную двухуровневую систему откачки, герметично соединенную с помощью разветвителя с одной из сторон пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения при помощи плоского медного штенгеля овального сечения, который откусывают пресс-ножницами при герметизации, а с другой стороны - с вакуумной камерой с манипулятором, обеспечивающим перемещение заранее подготовленной тонкопленочной мишени в корпус пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, закрепление ее в корпусе с помощью защелок, а также систему формирования фотокатода в условиях высокого вакуума, отличающейся тем, что вакуумная камера с манипулятором снабжена дополнительной загрузочной камерой, содержащей кассету с посадочными местами на несколько тонкопленочных мишеней, механизм перемещения кассеты и дополнительный фланец для подсоединения к высоковакуумной системе откачки, система формирования фотокатода связана с другой стороной пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения при помощи штенгеля, который герметизируют после формирования фотокатода, при этом вакуумная камера с манипулятором и загрузочной камерой устроена таким образом, что в ней обеспечено хранение в условиях высокого вакуума партии из нескольких готовых тонкопленочных мишеней и поочередная подача их к манипулятору для перемещения и закрепления в корпусе пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, а в случае негодности тонкопленочной мишени, помещенной в корпус, предусмотрена возможность захвата с помощью манипулятора испытанной тонкопленочной мишени, перемещение ее через плоский медный штенгель обратно из корпуса в посадочное место кассеты загрузочной камеры, подвод следующей тонкопленочной мишени, захват ее манипулятором и повтор всех последующих операций.

Вакуумная камера с манипулятором и дополнительной загрузочной камерой может быть выполнена с возможностью герметичного отделения с помощью вакуумного затвора от остальной части установки для формирования фотокатода в корпусе пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения до установки в него тонкопленочной мишени и хранения тонкопленочных мишеней в условиях высокого вакуума.

Пироэлектрический электронно-оптический преобразователь изображения может быть герметично соединен медным плоским штенгелем овального сечения с высоковакуумной безмасляной двухуровневой системой откачки и вакуумной камерой с одной стороны, а с другой стороны - с системой формирования фотокатода, и закреплен таким образом, что к его электрическим выводам подсоединены соответствующие входные и выходные кабели, а на входном окне сфокусировано тестовое изображение для проведения испытаний прибора до окончательной герметизации в процессе откачки.

На чертеже представлена схема устройства установки для изготовления пироЭОПов.

Устройство содержит высоковакуумную безмасляную двухуровневую систему 1 откачки, пироЭОП 2, систему 3 формирования фотокатода, стеклянный штенгель 4, коваровый штенгель 5, медный штенгель 6, место 7 холодного откусывания медного штенгеля пресс-ножницами, плоский медный штенгель 8 овального сечения, вакуумную камеру 9 с манипулятором, фотокатод 10 на подложке, закрепленной в манипуляторе, манипулятор 11, систему 12 резистивных испарителей химических элементов, формирующих фотокатод, загрузочную камеру 13 для хранения партии готовых тонкопленочных мишеней в условиях высокого вакуума, высоковакуумный затвор 14 в виде косой пробки, тонкопленочную мишень 15 пироЭОПа.

Стеклянный штенгель 4 системы 3 соединен с коваровым штенгелем 5, который соединен с медным штенгелем 6, который соединен непосредственно с пироЭОПом. В пироЭОПе изначально не установлена тонкопленочная мишень, что, во-первых, позволяет проводить дегазацию внутренней части пироЭОПа путем термообработки при необходимых для этого температурах, значительно уменьшая время проведения процесса, и, во-вторых, исключает негативное воздействие на мишень паров щелочных металлов в процессе изготовления фотокатода. После формирования фотокатода пироЭОП 2 может быть герметично отсоединен от системы формирования фотокатода, например, путем холодного откусывания медного штенгеля с помощью пресс-ножниц. С другой стороны, вакуумированная колба пироЭОПа герметично соединена плоским медным штенгелем 8 овального сечения с высоковакуумной безмасляной двухуровневой системой 1 откачки и вакуумной камерой 9, предназначенной для хранения партии готовых тонкопленочных мишеней 15 в условиях высокого вакуума и установки выбранной из партии мишени в корпус пироЭОПа с помощью манипулятора 11. Для этого вакуумная камера 9 оборудована загрузочной камерой 13, которая содержит кассету с посадочными местами на несколько тонкопленочных мишеней, механизм перемещения кассеты и дополнительный фланец для подсоединения загрузочной камеры 13 к высоковакуумной системе откачки. Кроме того, камера 9 оборудована высоковакуумным затвором 14 в виде косой пробки для отделения загрузочной камеры 13 с полностью подготовленными к установке в пироЭОП тонкопленочными мишенями от остальной части системы, что позволяет долговременно хранить обезгаженные готовые тонкопленочные мишени и после подсоединения следующего пироЭОПа продолжить процесс производства. Перемещение тонкопленочной мишени и фиксация ее в пироЭОПе с предварительно изготовленным фотокатодом осуществляется с помощью манипулятора 11. Манипулятор позволяет захватить выбранную из кассеты тонкопленочную мишень на металлическом кольце, переместить через плоский медный штенгель 8 и зафиксировать ее в посадочном месте внутри вакуумированной колбы пироЭОПа с помощью защелок. При таком устройстве высоковакуумной установки появляется возможность изготовления пироЭОПа не «в слепую», с последующим испытанием и отбраковкой, которая в основном является невозвратной, а с испытанием прямо в процессе производства и подбором годной тонкопленочной мишени, которая, как уже отмечалось, имеет сложный, многоступенчатый цикл производства и ограниченные возможности по контролю качества. Для этого необходимо оборудовать вблизи пироЭОПа стенд с необходимыми питающими и измерительными приборами и обеспечить возможность их соединения между собой электрическими кабелями. Кроме того, желательно обеспечить проецирование сфокусированного тестового изображения на входном окне пироЭОПа и перенос сформированного изображения на люминесцентном экране пироЭОПа с помощью ПЗС-камеры на видеомонитор.

Таким образом, за счет предлагаемых конструктивных решений, воплощение которых не требует больших материальных затрат, можно достичь следующих результатов:

1) появляется возможность изготовления пироЭОПов, исключая воздействие на пироэлектрическую тонкопленочную мишень высокотемпературной термообработки и паров щелочных металлов, необходимых для достижения высокого вакуума и формирования фотокатода;

2) высоковакуумная установка позволяет долговременно хранить партию из нескольких обезгаженных тонкопленочных мишеней в загрузочной камере, и после подсоединения следующего пироЭОПа к системе продолжить процесс производства, что значительно экономит время на загрузке и подготовке мишени к установке в пироЭОП;

3) наличие манипулятора и измерительного стенда позволяет оценить качество мишени и пироЭОПа в целом, сделать необходимые выводы по качеству узлов и деталей прибора, выбрать годную тонкопленочную мишень из кассеты и получить заведомо качественный прибор.

Перечисленные возможности необходимы как в исследовательских работах и опытном производстве, так и в серийном промышленном производстве пироЭОПов, т.к. по сравнению с рассмотренными аналогами предлагаемая установка значительно повышает гибкость, качество и производительность технологических процессов.

Источники информации

1. М.М.Бутслов, Б.М.Степанов, С.Д.Фанченко. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. М.: «Наука», 1978, с.105, с.113.

2. М.М.Бутслов. Электровакуумные и газоразрядные приборы, вып.1, М.: ЦНИИ «Электроника», 1973, с.97.

3. RU 2160479 С1, Пироэлектрический электронно-оптический преобразователь (варианты), 10.12.2000.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к высоковакуумному оборудованию для изготовления электронно-оптических приборов. Техническим результатом изобретения является сокращение времени производства, возможность осуществления контроля качества до окончания герметизации, возможность замены одной мишени на другую в процессе формирования пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения (пироЭОП). Способ заключается в том, что осуществляют двухуровневую откачку прибора и формирование фотокатода в условиях высокого вакуума. Готовые обезгаженные мишени хранят в герметично отделенной загрузочной камере в условиях высокого вакуума. Формируют фотокатод на входном окне пироЭОП внутри его корпуса до помещения в него мишени, осуществляют перемещение одной выбранной тонкопленочной мишени в виде тонкой мембраны на металлическом кольце в пироЭОП и фиксируют ее в корпусе. Оценивают качество сформированного пироЭОП по сфокусированному тестовому изображению на входном окне, причем контроль качества осуществляют до окончания герметизации. Измеряют технические характеристики прибора, при необходимости осуществляют замену мишени и окончательно герметизируют прибор. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, состоящий в том, что осуществляют двухуровневую откачку прибора, дегазацию его внутренней части путем термообработки и формирование фотокатода в условиях высокого вакуума, отличающийся тем, что готовые обезгаженные тонкопленочные мишени хранят в дополнительной загрузочной камере в условиях высокого вакуума, формирование фотокатода производят на входном окне пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения внутри его корпуса до помещения в него тонкопленочной мишени с помощью системы формирования фотокатода, соединенной с помощью штенгеля непосредственно с корпусом прибора, после формирования фотокатода систему формирования фотокатода отсоединяют с герметизацией соответствующего штенгеля, затем с помощью манипулятора осуществляют перемещение одной выбранной тонкопленочной мишени в пироэлектрический электронно-оптический преобразователь изображения и фиксируют ее в корпусе, после чего до окончания герметизации производят контроль качества сформированного пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения по сфокусированному тестовому изображению на входном окне, измеряют технические характеристики прибора, в случае необходимости осуществляют замену тонкопленочной мишени, и окончательно герметизируют прибор путем холодного откусывания плоского медного штенгеля.2. Высоковакуумная установка для сборки, откачки, формирования фотокатода и испытания пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, реализующая способ по п.1, включающая в себя высоковакуумную безмаслянную двухуровневую систему откачки, герметично соединенную с помощью разветвителя с одной из сторон пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения при помощи плоского медного штенгеля овального сечения, который откусывают пресс-ножницами при герметизации, а с другой стороны - с вакуумной камерой с манипулятором, обеспечивающим перемещение заранее подготовленной тонкопленочной мишени в корпус пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, закрепление ее в корпусе с помощью защелок, а также систему формирования фотокатода в условиях высокого вакуума, отличающаяся тем, что вакуумная камера с манипулятором снабжена дополнительной загрузочной камерой, содержащей кассету с посадочными местами на несколько тонкопленочных мишеней, механизм перемещения кассеты и дополнительный фланец для подсоединения к высоковакуумной системе откачки, система формирования фотокатода связана с другой стороной пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения при помощи штенгеля, который герметизируют после формирования фотокатода, при этом вакуумная камера с манипулятором и загрузочной камерой устроена таким образом, что в ней обеспечено хранение в условиях высокого вакуума партии из нескольких готовых тонкопленочных мишеней и поочередная подача их к манипулятору для перемещения и закрепления в корпусе пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения, а в случае негодности тонкопленочной мишени, помещенной в корпус, предусмотрена возможность захвата с помощью манипулятора испытанной тонкопленочной мишени, перемещение ее через плоский медный штенгель обратно из корпуса в посадочное место кассеты загрузочной камеры, подвод следующей тонкопленочной мишени, захват ее манипулятором и повтор всех последующих операций.3. Высоковакуумная установка по п.2, отличающаяся тем, что вакуумная камера с манипулятором и дополнительной загрузочной камерой выполнена с возможностью герметичного отделения с помощью вакуумного затвора от остальной части установки для формирования фотокатода в корпусе пироэлектрического электронно-оптического преобразователя изображения до установки в него тонкопленочной мишени и хранения тонкопленочных мишеней в условиях высокого вакуума.4. Высоковакуумная установка по п.2, отличающаяся тем, что пироэлектрический электронно-оптический преобразователь изображения герметично соединен медным плоским штенгелем овального сечения с высоковакуумной безмасляной двухуровневой системой откачки и вакуумной камерой с одной стороны, а с другой стороны - с системой формирования фотокатода, и закреплен таким образом, что к его электрическим выводам подсоединены соответствующие входные и выходные кабели, а на входном окне сфокусировано тестовое изображение для проведения испытаний прибора до окончательной герметизации в процессе откачки.