Інтегральна матриця теплового приймача

Інтегральна матриця теплового приймача, що містить пірочутливі елементи з поглинальним шаром, розташовані на напівпровідниковій підкладці, 30031 талів, котра залежить від технологічних факторів, температури і деградує у часі. На креслені (фіг.) показано схематичний малюнок пристрою. Інтегральна матриця складається із матриці підсилювально-комутаційних елементів, наприклад польових транзисторів з міжз'єднаннями (Bauer S., Ploss В. J. AppI. Phys., 1990, v. 68, № 12, p. 6361-6367), на напівпровідниковій підкладці 1, пірочутливого шару 2 і загального електроду 3, котрий виконує роль поглинача теплового потоку. Канали підсилювальних транзисторів виходять на поверхню напівпровідникової підкладки і спужать другими електродами пірочутливих елементів. Працює пристрій таким чином: модульований тепловий потік на частоті f падає на електродпоглинач 3 і поглинається ним. В результаті цього виникає температурна хвиля, яка поширюється з поверхні пірочутливого шару вглиб напівпровідникової пластини 1. Внаслідок того, що товщина пірочутливого шару 2 менша від довжини температурної хвилі, температура усього шару змінюється практично синфазно з частотою модуляції f. В той же час, внаслідок того, що товщина напівпровідникової підкладки 1 набагато більша довжини температурної хвилі, температурна хвиля поширюється в підкладку 1 на невелику глибину і затухає. Завдяки цьому основна маса підкладки 1 знаходиться при температурі навколишнього середовища і підкладка 1 не змінює своїх геометричних розмірів внаслідок термічного розширення. Пірочутливий шар, температура котрого змінюється з частотою f, а планарні деформації обмежені підкладкою 1, зазнає термічних напружень, котрі за допомогою прямого п'єзоефекту перетворюються в електричну напругу між загальним електродом 3 і другими електродами у вигляді каналів підсилювальних транзисторів. Розподіл поля між транзисторами визначається розподілом термічних напружень в площині пірочутливого шару і відображає, таким чином, планарну картину розподілу теплового поля. Завдяки високій щільності елементів, якої досягла сучасна інтегральна технологія, можна отримати високу якість відтворення теплового поля у площині. Приклад конкретної реалізації. В вихідній пластині із напівпровідникового матеріалу, наприклад GaAs, товщиною h=0,8 мм формують матрицю підсилювально-комутаційних елементів. Методом епітаксіального нарощування на напівпровідниковій пластині нарощують шар високоомного GaAs або твердого розчину на його основі орієнтацією [111]. Товщина шару d=10-50 мкм. Поверх пірочутливого шару методом вакуумного напилення наносять загальний електрод, поверхня якого чорниться. Для напівпровідникової підкладки із Si, пірочутливий шар може бути з монокристалічного SiO2. При частоті модуляції f=1 кГц глибина проникнення температурної хвилі складає 150 мкм. При цьому градієнт температури по товщині пірочутливого шару не перевищує 0,2 від амплітуди температурних коливань на поверхні шару. Третичним піроефектом, визваним цим градієнтом температури, можна нехтувати, в порівнянні з корисним сигналом (Wang Xusheng, Zhang Xiaozhi. Theoretical calculation of tertiary pyroelectric effect of ferroelectric wafers in symply supported edges. Jor. Infrared Rev., 1990, v. 9, № 6, p. 457-462). Висока стабільність і надійність пристрою дозволяє його використовувати в вимірювальних системах високої точності - прецизійних вимірювачів теплових потоків і температурних полів. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 2