Многоэлементный сверхпроводящий болометр

О П И Н И Е 747370ИЗОТ"ЕНИЯ Союз Советоккк Социалистических Республик(61) оиолццте.ьцое и вт. свцд-ву21) 26897571851) М, Кл,Н О 1. 4000 2) Заяв ецо 28.11,78 аявкц М с присоедццсцех Государственныи комит СССР43) Оп лцковацо 2 по делам изобретений и открыта(72) вторы цзобрес нт В. Н, Алфеев, А. В. Вербило, Д. П. Колеснико В. А. Коноводчеико и А. В. Тябликов(54) МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИ ВОЛ ОМЕТР2 ЭТОГО ТЦ Ц.: и В- увствцтельц ого Изобретение относится к конструкции болометрических приемников излучения, в частности к болометрическцм приемникам излучения Оптического дцацазоа. Предлагаемая конструкция болометра преимущественно может быть использована для одновременной регистрации излучения в раз,ичцых точках плоскости изображения в среднем и;альнем инфракрасном диапазоне.Известны сверхпроводящпе болометры 1 и 2), в которых увствительным элементом служит сверхпроводнпк первого рода, нанесенный ца пластину кварца цлц стекло, края которой лежат ца массивном медном основании - тсплостоке, а теплоперенос от чувствительного элемента к тепло- стоку осушестзляется через чувствцтсльцый элемент.Известии также болометры, в которыхчувствителььй элемеи выполнен в виде оловянной цгецки, нанесенной ца слю;яную подложку. Подложка с пленкой подвешивается ца нейлоновых растя 5 кках и основанию - теплостоку из латуни, чем;тостигается малая теплопроводцость 6.: =10 -Дж К.- от чувствительного э(еецта к тсплостойкостн 3).Не;остатками болометров.5 я 50 тс 5 ООЛ 1 цОй раз.5 ерэлемента (10;(03 - :10;к 0,1 мм-), низкая рабочая температура 4,2 К), отсутст вие поглощающего покрытия, низкое сопротивление ( -1 ом) чувствительцого5 элемента в рабочей точке, сложность изготовлецця, наличие одного чувствительного элемента, что позволяет регистрировать излучение в одной точке фокальной плоскости.ОНаиболее близким к изобретению является болометр 14), в котором чувствительцьш элемент включает тонкую сапфировую пластину размером 4 Р,"4 мм и толщиной5 0,05 мм, на лццевой стороне которой сформцрован тонкопленочный сверхпроводя.щий датчик из алюминия, а на обратную сторону нанесен тонкий слой висмута, являющцйся поглотителем падающего излу 2 О чения. Чувствительный элемент подвешенна нейлоновых растяжках к осцоваццю - теплостоку, чем достигается малая теплопроводцость (6) от чувствительного элементаа и теплостоку. В описанной конструкции;остцгнуты значения 6=1,4 10 -ВтК и теплоемкостц болометра С= 1,210-"ДжД(, что прц токе через болометр5,3 мкА приводит к постоянной времени т = 8,3 10 сек ц вольтватной чувствцз 0 т( "иост= 310 ВВ3Несмотря на весьма высокие параметры болометра, оц обладает рядом недостатков.Большой размер чувствительного элсмепта це позволяет использовать эти боло- метры в системах формирования тепловых изобра 5 кецпй без пространственного сканнровацця, Системы с мпогоэлемецтцыми приемниками матричного типа для работы в дальнем ИК-диапазоне неизвестны. Отмечаются большая теплоем кость чувствительного элемента из-за значительной массы подложки ц большая теплопроводцость из-за большого сечения тепло проводящих элементов. Невыгодное размещение поглощающего покрытия на обратной стороне подложки снижает эффективность боло- метра. Использование сверхпроволников первого рода приводит к рабочим температурам ш же точки кипения жидкого гелия.Целью изобретения является обеспечение од; овременОй регистрации излучения в разли шых точках плоскости изображения, повышение чувствительности, быстродействия и повышения рабочей температуры.Поставленная цель достигается тем, что сверхцроводящий чувствительный элемент сформирован из группы идентичных датчиков, термически изолированных друг от друга и расположенных на диэлектрической пленке толщиной порядка 1 - 2 мкм из аморфного или поликристаллического диэлектрика, в которой выполнены прорези, разделяющие соседние датчики, края которой лежат па несущем основании, являющемся нагревателем, поглотитель жс располо 5 кец ца каждом датчике и изолирован от последнего пленкой лиэлектрцка. Несущее основание выполнено из монокристаллического полупроводника, обладающего анизотропией травления, например из кремния, а датчик выполнен из сверх- проводника второго рода,Изобретение поясняется фиг, 1 и 2.На основании 1 из кремния ориентации (100) сформирована тонкая пленка аморфного диэлектрика 2, которым служит трехслойная композиция ЯзК 4 - 5 О - 51 з 1 х 14Толщина слоев этой композиции составляет соответственно 0,05, 10 и 0,05 мкм, 1-1 а поверхности аморфного диэлектрика с помощью вакуумного осаждения и последующей фотолитографии сформировацы тонкопленочные чувствительные дат(ики 3 Б форме меандра, занимающего площадь 100(100 мкм.Дл 5 уменьшения теплоотвода (гг чувствительных датчиков и устранения тепловой связи между ними через основание 1 сделана вышка 4 вплоть до пленки лцэлсктрцка 2. Д 1 я устра 1 ения тепловой связи между соседними элементами в лиэлектри;сской пленке выполнены прорези 5. Для увеличения коэффициента поглошения бо 10 15 Я) э 5 30 35 40 45 50 55 60 65 лометра сверху каждого чувствительного датчика нанесен слой поглотителя из вис. мута б толщиной 0,05 мкм, отделенный от чувствительного датчика пленкой диэлектрика толщиной порялка 0,2 мкм, Для по.,"- лсржяция Бссй:руг,:ы элемснтов при ря ей тс.5 Псрсяту 11 с 1 ОспОВян 1 ПО 1, 5;Вляющсм)051 н(Грсватс.Сс, с двух сторон прикреплены кццтакпяля пропускацня через подложку О(я с последующим ВылелециСМ ЛЖОуЛСВОГО ТСПЛс КОПТЯКТЫ 7 ряСПОЛЯ- гаются на диэлектрической плс 1; 2, а контактирование с 11 олложкой О.уцестБлястс 51 чсрез нелеобразцое Окно 8 Б пленке диэлектрика.Такая констр 5 кцця боломстра реализх - ется известны.,;и м(толямц мцкроэлсктроцц кц.11 рц рс 1 ботс 00510.5 етр цол (ер 5 кивастс Б ццтсрвалс температуры свсрхпроволящ Го п(рсхоля мятсрцяГа лятцикя 3 с помощью цодячц нсооход:1 мОГО цяпряжснп 5 ня НОнтакты 7 нагревателя. Через лат:цк 3 протекает заданный ток 7. Пяляющес цзлу;с- НИЕ ПОГЛОЩЯСТСЯ 1 БСГБЦТС;ЬПЫ. Э;(.МС 1- тол 1, что приводит к Повышенпо температуры датчп (а, его сопротивления и, СГелов:- те,ы 10, к уВслцчсццО цапр 5 жецц 51 ця н(м.Чувствптслыость 5 ц цостоя 1 пая време. ни болометря т определяется следующими соотношениями:У сИ СОс аТ 6глс Б - коэффициент поглощения излуче.ция,У Р.,(,ОЧй ТОК сЕР(.Зцый элемс и эфсрецтцвпая;6, тсц,1 цроБО;(ность от боло;:етряк тсцлостоку;Р . - СОП 150 тнвл(нцс ч:ВствцтсльнОГОэлемента;.с С МР 0 с Тр с .Измсрсццос зцячс Пс сИ 1(Т лля пленок ."(Ъ состяцля(т 2,10" 01 Я.,ЕЛ 5 Поглощающего цокрьиия цз В Плецкц Я==0,5. Тсп;10 прОБОГ(ность Л;15 ПредляГасмои конструкции состявля т бс8 У;10 - лж К -с - . Теплоем кость чувствительного датчика С = 8,2 10 - -,(ж К - ". Тогда согласно (1) пол 5 астся при токе 1 =-= 3 5 кЛ5 =- 10 В,Вт- т:. 10 -с.Таким образом, предлагаемый болометр позволяет получить следующие техникоэкономические прсиму(цества. Возможность созлания оптоэлектронного устройства лля о,1 цовремеццой рсгцстрацин излучения в различ;Ых точках плоскости изооражения в среднем ц л льнем И 1 х-диапазоне.ПовьшСцис чувствительцостц 1 а 1,5 поря;ка ц быстролсйствця на 2,3 порядка по срявцецшо с известцымп ооломстрами.Повьцнсцис рабо.сй температуры с 1 - :- :2 К до 9 - :10 К, цто существенно при низких температурах.Формула изобретения 1. Многоэлементный сверхпроводящий болометр, включающий несущее основание, поглотитель излучения, сверхпроводяигий чувствительный элемент и нагрсвзтсль, отл и чаю щи йся тем, что, с целью обеспечения одновременной регистрации излучения в различных точках плоскости изображения, повышения чувствительности быстродействия и рабочей температуры, сверхпроводящий чувствительный элемент сформирован из группы идентичных датчиков, термически изолированных друг от друга и расположенных на диэлектрической пленке толщиной порядка 1 - 2 мкм из аморфного или поликристаллического диэлектрика, в которой выполнены прорези, разделяющие соседние датчики, а края лежат на несущем основании, являющемся нагревателем, поглотитель жс расположен поверх каждого датчика и изолирован от последнего пленкой диэлектрика.2. Болометр по п. 1, отличающийся тем, что несущее основание выполнено из монокристаллического полупроводника, обладающего анизотропией травления, например из кремния.3. Болометр по и. 1, отличающийсятем,:то датчик выполнен из сверхпроводннка второго рода, например из ниобня или .ано 5Источники ш формации,оприьятыс во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЛз 266272, МК 6 01 Я 17,10, 1978.2. В. А. Коноводченко, С. К. Комаревский, И. М. Дмитренко, В, М. Дмитриев,А. В. Трубицын, В. И. Карамушко. Экспериментальное исследование неизотермического сверхпроводящего болометра ТрудыФТИ 11 Т АТ УССР, вып. 3, стр, 128, 1968.3. Зайцев Р. А., Ъ.ребтов И. А, В сб. Тепловые приемники излучения, Киев, Наукова думка, 1967, с, 25,4. 1. Саг 1 е, 6. 1. НоПег, Р. 1 Юс)тагсЬапЙ Х - Н, 1 сй. Япрегсо о 1 пс 1 в.е бо 1 огпе 1 егв 1 ог ЯцЬ 1 ппе 1 ег гаге 1 епЫз, 1. АрреРЬу, 48, Л 12, 1/ес. 1977 (прототип),747370 4-Оставитс,и В. КручиикииаТехред А, Камы)иникова Корректор А. Галахова Гпио рафа пр С(и.уиов,Заказ 1440 10 НПО 1)опек 11 зд.221 Тира)к 758 осхда)рствеи поп комитета СС( Р по делх изоо 113035, Л 1 осква, Ж 35, Р;)уп окая иаб, д. 45