Магнитотермоэлектрический приемник излучения Советский патент 1981 года по МПК G01K17/08 

(54) МАГНИТОТЕРМОЭЖКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение .относится к тепловым и температурным измерениям, а именно к малоинерционным тепловым детектора лучистой энергии. Известны устройства для измерения теплового потока, содержащие термопреобразователи и конструктивно пред ставляющиё собой размещенную на теплоотводящей подложке пластину, вырезанную из полупроводникового кристал ла под углом к главной кристаллографической оси i. Принцип действия таких термопреобразователей состоит в том, что всл дствие анизотропии термо-ЭДС, пронизывающий монокристалл тепловой поток вызь1вает циркуляцию вихревых термоэлектрических токов, приводящую к появлению поперечной, относительно направления градиента температуры, составляющей термо-ЭДС. Недостатком этих устройств являет ся малая эффективность преобразования термо-ЭДС вследствие ограниченного выбора полупроводниковых монокристаллов, обладаюпщх высокой термоэлектрической добротностью в сочетании с сильно выраженной анизотропией . свойств. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения теплового потока, содержащее размещенный между полюсами постоянного магнита на изолированной подложке магнитотермочувствительный элемент, лучевоспринимающая поверхность которого перпендикулярна измеряемому потоку излучения 2 J. Недостатки устройства - низкая чувствительность и малое быстродействие приемника, обусловленные появлением дислокаций при выращивании эвтектик и InSb-NiSb, возникающих при направленной кристаллизации игольчатых включений, что приводит к частичному шунтированию генерируемой в поперечном направлении ЭДС, и магнитотермочувствительный элемент не может быть выполнен в виде тонкой -пленки, что ограничивает его быстродействие. Цель изобретения - увеличение чув ствительности и повьшение быстродействия устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройству чувствительйый элемент выполнен в виде растровой решетки, покрытой слоем полупроводникового материала и состоящей из параллельных полосок выЬокоэлектропроводного металла, ориентированных , вдоль магнитных линий и образуницик с материалом покрытия батарею параллельно включенных короткозамкнутых мермопар. На чертеже приведена конструкция устройства, Устройство содержит растровую решетку 1 и полупроводниковый слой 2, нанесенный : на изолирующий слой 3 тепл отводящей подложки 4. Чувствительный элемент приемника с токосъемными выводами 5 размещен в зазоре между,пол сами постоянного магнита таким образом, что полоски растровой решетки н правлены вдоль силовых линий магнитного поля. Лучевоспринимающая поверх ность приемника покрыта слоем черни 6 и ориентирована перпендикулярно по дающему потоку излучения Q-. Устройство работает следующим образом. Измеряемый лучистый поток Q погло ется зачерненной поверхностью приемника бив виде т;епловой энергии отводит ся к подложке 4.;При этом термочувствительном слое преобразователя устанавливается соответствующий потоку тепла градиент температуры. Под действием последнего в полупроводниково слое 2 и в растровой решетке 1 в нап равлении градиента температуры образуются замкнутые вихревые термоэлектрические токи, причем носители в полупроводниковом слое и материале растровой решетки движутся в противо положных направлениях. Наложение маг нитного поля в направлении, перпенди кулярном движению носителей приводит к тому, что под действием силы Лоренца носители отклоняются в противоположные стороны. Однако, вследствие того, что материалом растровой решетки служит металл, а промежутки за полнены полупроводником, концентрация носителей в котором на Згб порядков ниже, чем в материале растровой :решетки, имеет место значительная разность скоростей носителей в них. Это приводит к тому, что под действием силы Лоренца, величина которой пропорциональна скорости движения зарядов в магнитном поле, отклонение носителей практически происходит лишь в. полупроводниковом слое, а йолоски растрово;й решётки как бы выполняют роль коммутационных перемычек. В данг ном случае роль анизотропии, обуславливакнцей появление поперечной составляющей ЭДС, играют магнитное поле и чередующиеся участки цолупроводника и растровой решетки. Возникаю щая при этом pasfHOCTb потенциалов, поперечная относительно градиента температур и направления магнитного поля, пропорциональна плотности измеряемого лучистого потока и служит его мерой. Благодаря тому, что чувствительный элемент предлагаемого магнитотермоэлектрического приемника излучения выполнен в виде пленочного покрытия малой толщины, значительно уменьшается теплоемкость чувствительного слоя и, тем самым, повьш1ается его быстродействие. Так, например, для приемника с висмутовым покрытием, толщиной 3 мкм на растровой рещетке из серебра постоянная времени детектора составляет менее 5 мс. Так как чувствительность приемника не зависит от толщины и ширины термочувствительного слоя, а размеры и . iконфигурация чувствительного элемента технологически не ог15аничены, последний может быть миниатюрных размеров и в то же.время с большой эффективной длиной ветви,: вдоль которой происходит накопление генерируемого сигнала, вследствие чего достигается высокая вольт-ваттная чувствительность приемника к измеряемому лучистому потоку. Формула изобретения Магнитотермоэлектрический приемник излучения, содержащий размещенный между полюсами постоянного магнита на изолированной теплоотводящей подложке магнитотермочувствительный элемент, Лучевоспринимающая поверхность которого перпендикулярна измеряемому потоку излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и повьш1ения быстродействия, магнитотермочувствитель.5877366

ный элемент выполнен в виде растровой

решетки, покрытой слоем пол проводникового материала и состоящей из параллельных полосок высокоэлектропрог водного металла ориентированных вдоль магнитных силовых линий и образующих с материалом покрытия батарею параллельно включенных короткозамкнутых термопар.

i

Источники информации,

.принятые во внимание при зкспертизе

тип

Г i

i i

,r

1

u

N