Пристрій для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу

Пристрій для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу, що заявляється, відноситься до галузі електронної техніки і може бути використаний при конструюванні напівпровідникових приладів, зокрема, напівпровідникових випромінювачів. При конструюванні апаратури мікро- та оптоелектроніки однією з найважливіших проблем є забезпечення оптимального теплового режиму напівпровідникових елементів, оскільки підвищення температури р-n переходу напівпровідникового кристалу призводить до значного зниження надійності його роботи [див. книгу: Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники / А.А.Чернышев, В.И.Иванов, А.И.Аксенов, Д.Н.Глушкова. - М.: Энергия, 1980. - 216с., рис.1.4 на с.9]. Крім того, для напівпровідникових оптоелектронних випромінювачів, зростання температури призводить до зниження потужності випромінювання. На функціональні характеристики напівпровідникових приладів, зокрема, напівпровідникових лазерів, негативно впливає не лише підвищення рівня температури, а також і недостатня стабільність температури р-n переходу в кристалі під час роботи лазера. Так, у волоконно-оптичних системах зв'язку широко застосовується спектральне ущільнення каналів. Це вимагає високої точності стабілізації довжини хвилі оптичного випромінювання, яка, у свою чергу, залежить від температури р-n переходу. Для надійного функціонування такої системи зв'язку різниця довжин хвиль суміжних спектральних каналів повинна складати частину нанометра. Тому похибка стабілізації довжини хвилі джерел випромінювання не повинна перевищувати 0,05нм [див. статтю: Дианов Е.М. На пороге Тера-эры // Квантовая электроника. - 2000. Т.30, - №8. - С.659-663], що можливо забезпечити лише шляхом точної термостабілізації напівпровідникового кристалу лазера. Відомий пристрій для охолодження та підтримування температури напівпровідникового лазеру в умовах експлуатації на заданому рівні в припустимих межах шляхом розміщення лазеру у термостаті [див. статтю: Заргарьянц М.Н., Зборовский А.А., Креопалов В.И., Курбатов Л.Н., Шляк Ф.Д. Применение полупроводниковых лазеров в малогабаритных линиях связи // Квантовая электроника. Сб. статей. -1972. - №3 (9). - С.101-103, рис.3 на с.102]. У цьому відомому пристрої кристал напівпровідникового лазеру розташований всередині термостату з теплоізоляційного матеріалу, що значно зменшує вплив температури навколишнього середовища на тепловий стан кристалу лазера і забезпечує його роботу в діапазоні температур від мінус 45°С до плюс 45°С. Недоліком відомого пристрою є залежність температури напівпровідникового кристалу всередині термостату від можливої зміни електричних параметрів та потужності лазеру, що може призвести до порушення його функціонування. Відомі також пристрої для охолодження та термостабілізації напівпровідникових приладів, які містять у своєму складі парові камери, що працюють за замкненим випаровувально-конденсаційним циклом, завдяки чому, зменшується загальна різниця температур від джерела теплоти до оточуючого середовища. З таких пристроїв найбільш близьким до запропонованого за сукупністю ознак і технічним результатом, є прийнятий за прототип пристрій для охолодження та термостабілізації матричного лазерного напівпровідникового кристалу який містить теплову тр убу, камера випаровування якої знаходиться у тепловому контакті з матричним лазерним напівпровідниковим кристалом [див. патент Японії №05167143 А від 1993р. МПК H01S 3/043, H01S 3/18]. Цей пристрій в деякій мірі дозволяє суттєво зменшити температуру матричного лазерного кристалу завдяки використанню на дільниці теплового тракту від тепловідводу до зовнішнього теплообмінника теплової труби, яка забезпечує передачу теплоти на цій дільниці шляхом замкненого випаровувально-конденсаційного циклу, і завдяки цьому підвищити надійність роботи напівпровідникового приладу. Недоліками пристрою-прототипу є недостатня ефективність термостабілізації, що призводить до обмеження функціональних можливостей напівпровідникового приладу та зниження надійності роботи в умовах експлуатації. Це обумовлено значним термічним опором та високою теплоємністю конструкційних елементів в найбільш теплонавантаженій зоні відводу теплоти від джерела зі значною щільністю теплової потужності, яким є, наприклад, лазер. Задачею корисної моделі є створення пристрою для охолодження та термостабілізації напівпровідникових приладів з підвищеною точністю та швидкодії системи термостабілізації напівпровідникового кристала, і за рахунок цього - розширення функціональних можливостей напівпровідникового приладу та підвищену надійність роботи такого приладу в умовах експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу, який містить у своєму складі теплову тр убу, камера випаровування якої знаходиться у тепловому контакті з напівпровідниковим кристалом, зона теплового контакту теплової труби з кристалом обмежена контактною площадкою напівпровідникового кристалу, розташованою у зоні найбільшого тепловиділення. При цьому теплова тр уба виконана як електрод напівпровідникового приладу. Суть та принцип дії запропонованого пристрою пояснюється кресленням (Фіг.), де наведена схема пристрою для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу, наприклад, напівпровідникового лазерного випромінювача. Пристрій для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу, що пропонується містить теплову тр убу 1, камера випаровування 2 якої знаходиться у тепловому контакті з напівпровідниковим кристалом 3, зона теплового контакту теплової труби 2 з кристалом 3 обмежена контактною площадкою 4 напівпровідникового кристалу 3, розташованою у зоні найбільшого тепловиділення, а теплова труба 1 виконана як електрод напівпровідникового приладу. Камера випаровування 5 теплової труби 1 знаходиться у тепловому контакті з теплообмінник 6, в якості якого може використовуватись, наприклад, один з контактів елементу Пелт'є. Пристрій для охолодження та термостабілізації напівпровідникового приладу (або декількох приладів) працює наступним, чином. Основна частина теплоти, що виділяється при роботі лазерного напівпровідникового кристала 2, через теплову трубу 1, камера 2 випаровування якої знаходиться у тепловому і електричному контакті з контактною площадкою 4 напівпровідникового кристалу 3, передається тепловою трубою 1 або безпосередньо навколишньому середовищу, або теплообміннику 6, температура якого визначає температуру як камери випаровування 2, так і камери конденсації теплової труби 1. Завдяки передачі теплоти на найбільш теплонавантаженій дільниці, від найбільш нагрітої зони напівпровідникового кристалу 3 до оточуючого середовища забезпечується відвід максимальної кількості тепла. Керування температурою теплообмінника 6, забезпечує можливість керування температурою робочої, найбільш нагрітої зони напівпровідникового кристалу. Це, у свою чергу, дає можливість розширення функціональних можливостей напівпровідникового приладу з такою системою охолодження. Наприклад, у випадку напівпровідникового лазерного випромінювача з'являється можливість стабілізації частоти випромінювання і навіть керування цією частотою в обмеженому діапазоні довжин хвиль. Таким чином, запропонований пристрій є забезпечує підвищення ефективності термостабілізації, що сприяє підвищенню надійності та розширенню функціональних можливостей напівпровідникового приладу. Пристрій для охолодження та термсотабілізації напівпровідникового приладу, що заявляється, може знайти широке застосування в галузі електронної техніки і може бути використаний при конструюванні напівпровідникових приладів, зокрема, напівпровідникових випромінювачів.