Полупроводниковые болометры

Для изготовления полупроводниковых болометров используются материалы, температурный коэффициент сопротивления которых отрицателен и на порядок выше, чем у металлов.

Для большинства полупроводников он составляет . Чувствительные элементы изготавливаются на основе окисей никеля, кобальта, марганца, а также из пленок германия и кремния. В смесь порошкообразных окислов добавляют органическое связывающее вещество, после чего наносят пасту на стеклянную подложку или прессуют в виде таблеток или столбиков. В том и другом случае приводят термическую обработку при высокой температуре. Поверхность чувствительного слоя чернят для увеличения коэффициента поглощения, а сам слой закрепляют на цоколе из стекла или кварца и помещают в герметичный корпус. Сопротивление полупроводниковых болометров обычно составляет от 1 до 10 МОм, а инерционность от 250 мкс до 40 мс. Сопротивление чувствительного элемента термистора меняется с температурой по экспоненциальному закону

где Е – энергия активации, равная примерно 0,6 эВ. Отсюда

,

что дает равное около 4% на 1°С.

Пороговая чувствительность болометров обычно лежит в интервале Вт.

Для повышения чувствительности болометров применяют иммерсионные линзы. В иммерсионном полупроводниковом болометре, показанном на рис. 2, чувствительный элемент 3 расположен в фокальной области сферической иммерсионной линзы 1 с высоким показателем преломления (германий). Иммерсионная линза позволяет в 3…4 раза улучшить пороговую чувствительность за счет уменьшения приемной площадки болометра при сохранении заданного поля зрения, или получить ту же чувствительность, что и у обычного болометра, используя в оптической системе приемный объектив вдвое меньшего диаметра.

Охлаждение полупроводниковых болометров повышает их обнаружительную способность. Применение интегрирующей полости (рис. 3) позволяет добиться почти полного поглощения принимаемого излучения. Тепловой контакт чувствительного элемента с хладагентом обычно осуществляется при монтаже последнего на какой-нибудь детали конструкции, имеющей хороший тепловой контакт с гелиевой ванной. Теплопроводность при этом определяет как постоянную времени приемника, так и компоненту шума, связанную с температурными флуктуациями. Наиболее существенные источники шумов охлаждаемых болометров связаны с фоновым излучением, попадающим в апертуру приемника, и шумами предусилителя.

Термисторные болометры существуют в продаже в широком выборе размеров приемных поверхностей, и порог чувствительности точно следует закону обратной пропорциональности корню квадратному из площади, особенно в случае болометров с элементами, нанесенными на стекло. На рис. 4 показано изменение чувствительности в пределах приемной поверхности термисторного болометра. Как видно, размер чувствительной поверхности практически совпадает с геометрическими размерами приемной площадки.

Поиск по сайту: