Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Болометр, содержащий последовательно размещенные на кремниевой подложке изолирующий диэлектрический слой, площадку термочувствительного слоя с нанесенным на нее поглощающим диэлектрическим покрытием, контактные дорожки, причем в кремниевой подложке выполнена низкоомная область, расположенная вокруг площадки термочувствительного слоя, а в изолирующем диэлектрическом слое выполнены канавки,отличающийся тем, что на изолирующем диэлектрическом слое сформирована антенна в виде двухзаходной спирали, каждая спираль которой подключена внутренними концами к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя, а внешними - к контактным дорожкам, при этом канавки выполнены между витками обеих спиралей антенны, а в кремниевой подложке под площадкой термочувствительного слоя, со стороны канавок выполнены теплоизолирующие полости. 2. Болометр по п. 1, отличающийся тем, что волновое сопротивление антенны выбрано равным среднему сопротивлению между двумя противолежащими сторонами площадки термочувствительного слоя. 52622009.04.30 3. Болометр по п. 1, отличающийся тем, что антенна выполнена в виде двухплечного штыревого диполя, каждое плечо которой подключено внутренними концами к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя, а внешними - к контактным дорожкам. 4. Болометр по п. 1, отличающийся тем, что термоизолирующие полости выполнены сквозными.(56) 1. Леонов В.Н., Хребтов И.А. Антенные тепловые приемники излучения // Приборы и техника эксперимента. - 1993. - 4. - С. 27-28. 2. Патент России на полезную модель 63523, опубл. 2007. 3. Маляров В.Г., Хребтов И.А., Куликов Ю.В. и др. Сравнительные исследования болометрических свойств токопленочных структур на основе диоксида ванадия и аморфного гидрированого кремния // Прикладная физика. - 1999. -2. - С. 86-96. Предлагаемое изобретение относится к области инфракрасной техники и может быть использовано при разработке многоканальных высокоэффективных и высокоинформативных ИК-датчиков, а также приборов тепловизионной техники. Известно устройство 1, содержащее последовательно размещенные на подложке плавленого кварца слой фоторезиста, антенну, площадку термочувствительного слоя, к двум противолежащим сторонам которой подключены внутренние концы плеч антенны,причем слой фоторезиста впоследствии удаляется. Описанное устройство имеет низкую помехозащищенность от боковых засветок и от излучения, рассеянного соседними аналогичными устройствами, так как все они расположены на прозрачной подложке. Кроме этого, данное устройство поглощает узкополостное излучение с длиной волны, превосходящей в 2 раза размеры антенны. Такие узкополостные устройства не пригодны для построения на их основе многоэлементных тепловизоров. Наиболее близким по технической сущности является болометр 2, который содержит последовательно размещенные на кремниевой подложке изолирующий диэлектрический слой, площадку термочувствительного слоя с нанесенным на нее поглощающим диэлектрическим покрытием, причем в кремниевой подложке выполнена низкоомная область,расположенная вокруг площадки термочувствительного слоя, а в изолирующем диэлектрическом слое выполнены канавки, при этом к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя присоединены контактные дорожки. Данное устройство имеет низкую эффективность преобразования электромагнитного излучения ИК-диапазона в изменение температуры и, как следствие, сопротивления термочувствительного слоя, так как вся площадь этого слоя отдает теплоту подложке через изолирующий диэлектрический слой. Также описанное устройство не воспринимает поляризацию и распределение энергии по спектру во входном излучении. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения ИК спектрального диапазона. Поставленная техническая задача решается тем, что в болометре, содержащем последовательно размещенные на кремниевой подложке изолирующий диэлектрический слой,площадку термочувствительного слоя с нанесенным на нее поглощающим диэлектрическим покрытием, контактные дорожки, причем в кремниевой подложке выполнена низкоомная область, расположенная вокруг площадки термочувствительного слоя, а в изолирующем диэлектрическом слое выполнены канавки на изолирующем диэлектрическом слое сформирована антенна в виде двухзаходной спирали, каждая спираль которой подключена внутренними концами к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя, а внешними - к контактным дорожкам, при этом канавки выполне 2 52622009.04.30 ны между витками обеих спиралей антенны, а в кремниевой подложке под площадкой термочувствительного слоя, со стороны канавок выполнены теплоизолирующие полости. Для эффективного решения поставленной технической задачи волновое сопротивление антенны выбрано равным среднему сопротивлению между двумя противолежащими сторонами площадки термочувствительного слоя. Для эффективного решения поставленной технической задачи антенна выполнена в виде двухплечного штыревого диполя, каждое плечо которой подключено внутренними концами к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя, а внешними - к контактным дорожкам. Для эффективного решения поставленной технической задачи термоизолирующие полости выполнены сквозными. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет уменьшения размеров площадки термочувствительного слоя, улучшения его теплоизоляции от подложки, а также поляризационно и спектрально-чувствительного антенного преобразования. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена схема расположения и соединения элементов заявляемого устройства, и фиг. 2, на которой представлены разрезы болометра в двух ортогональных плоскостях, где 1 - кремниевая подложка,2 - изолирующий диэлектрический слой,3 - площадка термочувствительного слоя,4 - поглощающее диэлектрическое покрытие,5 - низкоомная область,6 - контактные дорожки,7 - канавки,8 - двухзаходная спиральная антенна,9 - термоизолирующие полости. В болометре на кремниевой подложке 1 последовательно размещены изолирующий диэлектрический слой 2, площадка термочувствительного слоя 3 с нанесенным на нее поглощающим диэлектрическим покрытием 4. В кремниевой подложке 1 выполнена низкоомная область 5, расположенная вокруг площадки термочувствительного слоя 3, а в изолирующем диэлектрическом слое 2 выполнены канавки 7 между витками двухзаходной спиральной антенны 8. На изолирующем диэлектрическом слое 2 сформирована двухзаходная спиральная антенна 8, каждая спираль которой подключена внутренними концами к двум противолежащим сторонам площадки термочувствительного слоя 3, а внешними - к контактным дорожкам 6. В кремниевой подложке 1 под площадкой термочувствительного слоя 3, со стороны канавок 7, выполнены теплоизолирующие полости 9. В конкретном исполнении кремниевая подложка 1 - это стандартная подложка высокоомного кремния. Изолирующий диэлектрический слой 2 и поглощающее диэлектрическое покрытие 4 выполнены методами фотолитографии из двуокиси кремния. Площадка термочувствительного слоя 3 выполнена методами фотолитографии и плазмохимического газофазного осаждения из аморфного гидрированного кремния, как в 3, и имеет площадь 2,5 мкм 2, что существенно меньше, чем в 2 - 2500 мкм 2. Низкоомная область 5 выполнена легированием кремниевой подложки 1 бором до предельно возможных концентраций. Контактные дорожки 6 выполнены методами фотолитографии и вакуумного напыления из хрома. Канавки 7 - это разрывы в изолирующем диэлектрическом слое 2, выполненные методами вакуумной технологии. Они необходимы для исключения боковых засветок излучением, рассеянным соседними болометрами. Двухзаходная спиральная антенна 8 выполнена методами фотолитографии и вакуумного напыления из серебра и имеет длину витка, равную длине волны принимаемого излучения - 10 мкм. Теплоизолирующие полости 9 выполнены растравливанием участков канавок 7, непосредственно прилегающих к площадке термочувствительного слоя 3. 3 52622009.04.30 Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии все элементы болометра находятся при температуре окружающей среды Т 0. Входное ИК-излучение широкого спектрального диапазона поступает перпендикулярно плоскости расположения подложки 1, поглощающего диэлектрического покрытия 4 и двухзаходной спиральной антенны 8. Коротковолновая часть этого излучения поглощается всеми элементами болометра, находящимися на его поверхности изолирующим диэлектрическим слоем 2, поглощающим диэлектрическим покрытием 4, двухзаходной спиральной антенной 8, в результате чего все эти элементы нагреваются, и посредством теплопередачи все они нагревают площадку термочувствительного слоя 3. Одновременно длинноволновая часть входного ИК-излучения терагерцевого диапазона преобразуется с помощью двухзаходной спиральной антенны 8 в соответствующий высокочастотный ток, протекающий через площадку термочувствительного слоя 3, что вызывает его дополнительное нагревание. Так как в кремниевой подложке 1 под площадкой термочувствительного слоя 3, со стороны канавок 7 выполнены теплоизолирующие полости 9, а изолирующий диэлектрический слой 2 имеет низкую теплопроводность, то теплопередача из указанного слоя незначительна. При установлении термодинамического равновесия площадка термочувствительного слоя 3 нагреется до максимальной температуры, соответствующей суммарной энергии входного ИК-излучения в коротковолновом и длинноволновом диапазонах, что вызывает соответствующее изменение сопротивления площадки термочувствительного слоя 3. Для измерения указанного сопротивления необходимо подать сигналы опроса на контактные дорожки 6. После прекращения действия входного ИК-излучения все элементы устройства за счет явлений теплопередачи и конвенкции приобретают температуру окружающей среды Т 0. Низкоомная область 5 выполнена в кремниевой подложке 1 для уменьшения влияния как внешних электромагнитных полей, так и соседних болометров при матричной организации их на одной подложке. При необходимости получить информацию о распределении энергии входного ИКизлучения по спектру, болометры выполняют разных геометрических размеров. Оценка поляризации во входном ИК-излучении может производиться при выполнении антенны в виде двухплечного штыревого диполя. В этом случае два таких болометра располагают на участке подложки с ортогональными направлениями штырей их антенн. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: G01D 5/02

Метки: болометр

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-u5262-bolometr.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Болометр</a>

Похожие патенты