Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [ 66 ] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]




Рис. 4.8. Конструкции приемников на основе объемных металлических (а), полупроводниковых (б) и пленочных \в) термоэлементов

а: 1 - корпус, 2 - прозрачное окно, 3 - приемная площадка, 4 - термопары, 5 - радиаторы;

б: 1 - металлический блок, 2 - приемная площадка, З - р-ветвь, 4 - п-ветвь; в: 1 - термоэлектрические ветви, 2 -при емная площадка, з - подложка, 4 - каркас

Значительное повышение чувствительности термоэлектрических приемников достигнуто при использовании высокоэффективных полупроводниковых материалов с zc-iQ [280- 282]. Конструкция одного из таких приемников показана на рис. 4.8, б. Ветви 5, 4, выполненные из твердых растворов на основе BigTeg, представляют собой заостренные стержни (диаметр заточки порядка нескольких микрон), которые установлены на массивных металлических блоках 1. Приемная площадка 2 выполнена из тонкой (толщина порядка 5 мкм) золотой фольги с нанесенной на нее металлической чернью. Такие приемники в вакуумном варианте имеют чувствительность 5 20 50 В/Вт, удельную обнаружительную способность D* до 3-10® Вт~-см« •Гц*/2 и постоянную времени Тп 12 20 мс. В воздушном варианте Тп может быть уменьшена до 2-5 мс при одновременном снижении чувствительности на порядок. Однако, несмотря на высокие характеристики полупроводниковых штыревых термоэлементов, ввиду сложной (ювелирной) технологии изготовления их применение весьма ограничено. В основном они применяются в высокоточной спектральной технике. Существенным недостатком также является хрупкость штыревых термоэлементов, вследствие чего невозможна их эксплуатация в условиях вибрации, удара.



в связи с этими проблемами, а также с целью улучшения параметров за счет уменьшения геометрических размеров усилился интерес к пленочным термоэлектрическим приемникам излучения [1]. В таких приемниках используются термоэлементы или термобатареи, нанесенные на тонкие подложки методом вакуумной конденсации с использованием масок или фотолитографии. Широко применяется конструкция пленочного приемника, показанная на рис. 4.8, в. В каркасе (тепловом стоке) 4 имеется отверстие или паз, в котором располагается тонкая подложка 3 с нанесенными на нее термоэлектрическими ветвями. Горячие спа-термоэлементов со слоем металлической или углеродной черни 2 находятся в центре, а холодные спаи имеют хорошой тепловой контакт с тепловым стоком, выполненным из материала с высокой теплопроводностью (сапфир, анодированный алюминий и т. д.). В качестве подложек применяются такие органические материалы, как нитроцеллюлоза, нитролак, формвар, которые обладают низкой теплопроводностью и могут быть получены в виде слоев толщиной до 0,1 мкм. Однако такие материалы выдерживают нагрев не более 100° С и поэтому могут быть использованы в качестве подложек для нанесения Bi, Sb, Те и сплавов на их основе, оптимальная температура конденсации которых не превышает 80-100 "С [283-286]. В лучших приемниках такого типа (вакуумный вариант, количество элементов 89), как показано в [1], достигнуты высокая чувствительность {Sb = 160 В/Вт, D* = 1-10 Вт~-см-Гц2) и малая инерционность (тп = 0,15 мс). В этих приемниках теплопередача вдоль ветвей и подложки практически атсутствует из-за их малой толщины (йдл ~ 0,05 мкм), а передача тепла с горячих спаев осуществляется излучением. В такой конструкции малое значение Тц обусловлено низкой теплоемкостью приемной площадки и термоэлементов, а высокая чувствительность достигается путем увеличения числа термопар. Эти приемники прочны, выдерживают вибрацию с ускорением 40 g при 250-2000 Гц. Недостаток таких приемников в их высоком омическом сопротивлении (Дд 47 кОм).

В [271, 287] описаны пленочные приемники с планарной конструкцией термобатарей на основе р - BiogSbjgTea и п - РЬТе. Здесь в качестве подложки использовалась слюда толщиной 7 мкм. Четырехэлементная батарея на воздухе имела Sb X 0,35 В/Вт, сорокаэлементная - 3,3 В/Вт, в обоих случаях Тп ~ 0,8 с. Использование полиимидной подложки толщиной 0,5-1 мкм [288-290] позволило значительно повысить чувствительность (в этом случае применялись пленки р - BijgSbigTeg, п - В12Те2,48ео,б). Так, уже одноэлементная батарея на воздухе имела Sb2 В/Вт, двадцатиэлементная в вакууме - .Sb ~ 40 В/Вт, в этих приемниках Тд Ю 30 мс. Параметры пленочных приемников на основе термобатарей планарного типа приведены в табл. 22.

Расчет выходных параметров пленочных термоэлектрических приемников. В [292] рассчитаны выходные параметры приемни-

8 Заказ № 569 201



Таблица 22.

Параметры пленочных термоэлектрических приемников

Материал ветвей

Подложка

«в.

В/Вт

Тп, мс

Рп-10% Вт

D*-10"», Вт-*-смх

ХГЦ*/з

Исполнение

применение

Литература

Материал

тг-Bi, p-Sh

3,14

Слюда

Воздушное

Радиационная

[267]

пирометрия

n-Bi, /?-Sb

AI2O3

0,3-0,9

30-50

Вакуумное

[266]

Нитролак

0,34

Воздушное

Спектральная

[291]

аппаратура

Bi, p-Sb

3,14

То же

0,15

0,17

47 ООО

Вакуумное

ИК-радиомет

[286]

тг-РЬТе,

Слюда

0,35

800-т900

Воздушное

Радиационная

[271]

-Bi.gSb.Tea

термометрия

n-PbTe

То же

800-900

2300

То же

То же

[287]

-BiaTe.Se,,

Полиимид

0,12

[289]

/-BigSb, ,Тез

/г-В12Те2,8ео,з

То же

Вакуумное

[290]

/-Bi.gSb.j.Tea



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [ 66 ] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009