Пленочный сверхпроводящий болометр Советский патент 1993 года по МПК G01J5/20 

, .4

ЭДРШР ш

'. . . ^.

SfeS-rv-iiii-i ;; «;;; :.

Ш|; Ш Р 1:§|;

fejjsi-:- .- v4i«j;;iy,#te, iVftf -v-.-----; :--. |;,,

i..-..-/ -v;y:. .---J- -.-..-...;.. fc;.-...:- :.-: .;.

Ш iSaS;

feiK:S

Й«:УЙ

i &.. -,

- V.,,

Изобретение относится к измерениям тепловых потоков излучения и. в частности к тепловым приёмникам излучения, работающим при глубоком охлаждений. Сверхпроводящий болометр мбжет быть использован 5 для астрофиййчеЬкйх исследований, в инфракрасных спектрометрах для диагностики плазмы и в другой оптической аппаратуре в широкой области спектра, - - .

Известен сверхпроводящий болометр, 10 содержащий чувствительный элемент в виде сверхпроводящей пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку.

Недостатком указанного болометра яв- ляется низкая стабильность температуры, 15 что обусловлено тепловой инерцией нагревателя, намотанного на основание болометра, а также малая вольт-ваттная чувствительность, что связано с поглощением излучения самой сверхпроводящей 20 плёнкой.

Известен сверхпроводящий болометр, у которого на одну сторону Диэлектрической подложки нанесена поглощающая пленка из нормальногометалла, а на другую -.25 сверхпроводящая пленка гораздо меньших размеров., -,

Недостатком этого болометра является нестабильность чувствительности, обусловленная узостью сверхпроводящего перехо- 30 да и наличием колебаний температуры в криостате, -,

Ближайшим техническим решением является сверхпроводящий болометр, в котором чувствительный злемеит выполнен в 35 виде сверхпроводящей пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку; в центральной части с другой стороны сверхпроводящей пленки установлена вторая подложка меньшей площади, на -которую, нанесена пленка из сверхпроводящего материала, но с более, высокой температурой перехода: падающее излучение поглощает первая плеи1 а. которая является термочувствительным элементом; вторая пленка служит 5 для магнитного управления рабочей точки первой пленки. : Известнь1й болометр имеет следующие недостатки:

магнитная связь между управляющей и ЬО термочувствительной пленками недостаточно сильна, так как для уменьшения потерь при поглощений падающего излучения болометром управляющую пленку делают узкой в месте пересече- 55 НИИ ее с термочувствтиельной пленкой;

болометр имеет малую вольт-ваттную чурсТвитетьиость..

Зи;1 ите1ьчы трудности в технопогии получений тонких сверхпроводящих пленок

Sn или Ад + Sn с большим сопротивлением 14 одновременно с большим коэффициентом сс, а также стабильных во времени.

Цель изобретения - повышение вольтваттной чувствительности болсзмётра, улучшение ее стабильности и упрощение технологий изготовления болометрд.

Поставленная цель достигается тем, что вторая пленка выполнена из сверхпроводника с температурой перехода ниже,чем у :первой сверхпроводящей пленки.

. На чертеже показансверхпровоящий болометр, где 1 -управляющая сверхпроводящая пленка; 2 - термочувствительная сврехг1роводящая пленка: 3,4-диэдлектрические гтодложки; 5, 6 - контактные слои.

Работает болометр следующим образом.-,,,

,- Измеряемое излучение падает на управляющую пленку 1. Эта пленка выполнена из сверхпроводящего материала и имеет сопротивление на квадрата нормальном состоянии, близкое к величине, при которой обеспечивается максимальное поглощение около 50%. Температура сверхпроводящего перехода у этой пленки выбран такой, чтобы при рабочей температуре пленка находилась полностью в сверхпроводящем состоянии HjkiMena нулевое бопротивление.

, Под дей1:твием поглощенного излучения происходит нагрев всего чувствительного э/Гемента и в том числе второй сверхпроводящей пленки 2, которая при рабочей температуре находится в промежуточном состоянии / V 1 является термочувствительной, то нагреве изменяет свое сопротивление, которое регистрируют измерительной схемой. .. Через г1ленку f пропускают ток, который создает магнитное поле, блияющее на сверхпроводящий переход термочувствительной плёнки 2, Управляя током, компен-. сируют нестабильности сопротивления чувствительного элемента болометра, вызванные колебаниями температуры в криостате :-Л;; - - ,- , - / . .,../:;.:; .у Болометр по сравнению с известными имеет следующие преимущества. Термочувствительная пленка 2 не несет функции поглртителя излучени я. поэтому нет необходимости делать её очень тонкой. Это упрощает технологию и, кроме того, более толстые пленки имеют гораздо больший температурный коэффи14иент сопротивления, что приводит к увеличению вбльт-ваттной чувствительности..

С другой стороны, для сверхпроводящей плёнки 1, которая является поглощающей и управляющей, отпадает требование наличия определенного температурного коэффициента, так как она находится полностью в сверхпроводящем состоянии. Важно, чтобы пленка имела сопротивление на каадрат в нормальном состоянии, близкое к 188 Ом/см. В данном случае появляются большие возможности при выборе сврехпроводящегЬ материала, из которого можно получать стабильные и npo4Vue тонкие плёнки, В частности, если термочувствительную пленку изготовить из Ад + Sn с Тс 2К, тЬ в качестве материала для управляющей пленки можно использовать тантал, который имеет температуру перехода 4,4 К. Пленкь из тантала имеют исключительно стабильные характеристики, их широко применяют в микрозлектронике.

(

Формул а изобретения

- ПЛЕНОЧНЫЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ БОЛОМЕТР, содержащий диэлектрическую подложку и нанесенную на ее поверхность сверхпроводящую пленку, на которой установлена вторая подложка меньшей площади с найесенной на ней

В устройстве достигается более сильная магнитная связь между управляющей и термочувствительной плёнками из-за более выгодного соотношёни$ площвдей. Благодаря этому достигают более высокой точности стабилизации рабочей точки болометра.

(56) Авторское свидетельство СССР /N5266272, кл.СОи 7/22; 1970.. .

. Second International conference and winter siehobi on submllllmeter waves; and theirappllcatlons. Puerto Rico. 1976, Richards P.L; Clarke ,, Hoffer G.I,, N. shioke N,S., Weady D,P.

Авторское свидетельство СССР N 453488, кл. G OIJ 5/20, 1974.

s

второй пленкой из сверхпроводника, отличающийся тем, что, с целью повышения вольт-ваттной чувствительности болометг ра, улучшения ее стабильности и упрощения технологии изготовления болометра, вторая пленка выполнена из сверхпроводника с температурой перехода ниже, чем у первой сверхпроводящей пленки.

Z

- с

i:i/w

.. А

/ - .

/.