專利名稱：面陣高溫超導紅外探測器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光電紅外探測器的一種面陣高溫超導紅外探測器。
紅外探測器是紅外儀器設備的“心臟”，它能把入射的紅外輻射信息轉變?yōu)殡妼W信號，由紅外儀器記錄下來，如成圖象或以其它信號輸出。高溫超導紅外探測器是利用超導體在其臨界溫度Tc下，電阻隨溫度降低而急劇下降為零這一特性設計制造的。即當處于Tc下的超導薄膜光敏元吸收了入射的紅外輻射時，使其溫度升高并引起電阻急劇增加，在一定的偏置電流下有電學信號輸出，而探測到目標。
在已有技術中(S.Verhese et.al.，Design of high-Tcbolometers onsilicon membranes for a far infrared imaging array；B.R.Johnson et.al.，“High performance linear arrays of YBCO superconducting infraredmicrobolometer on Si”，SPIE，2475，1995，56)，單元和線陣高溫超導探測器的基本結構是將熱沉上的光敏元光刻成單元或一條線排列的線陣探測器，如1×8元、1×64元等，這對于紅外整機成像功能講，單元光敏元為點象元需配有兩維的光學機械掃描，而線陣為線象元需有垂直于線陣的一維光學機械掃描才能成像。顯然，這種結構增加了紅外整機的尺寸、重量，機械結構復雜化。由于高溫超導探測器是利用電阻一溫度特性設計的，若要制造面陣器件，信號的同時讀出是一個技術難點，S.Verghese，P.L.Richards等人(Feasibility of infrared imaging arrays using high Tcsuperconductingbolometers，JAP，71(6)，1992，2491)對光敏元的信號讀取采取時鐘脈沖延遲線路和CCD轉換配合成像，這種結構雖然省去了機械掃描裝置，但增加了電子線路結構的復雜性。
本實用新型的目的為提供一種無需機械掃描或配以CCD轉換，結構簡單，能同時把紅外信息轉變?yōu)榻涣餍盘枺ㄟ^數據顯示系統(tǒng)而成直觀的目標圖象。
本實用新型的面陣高溫超導紅外探測器，包含有由外殼體4和內膽13構成真空夾層14的杜瓦瓶15，外殼體4的頂端帶有抽氣口1和光敏元9引線的接線柱3。內膽13的頂端帶有液氮5的注入口2。內膽13內腔里裝有液態(tài)氮5。在內膽13的下部置有一端在液氮5里，另一端在真空夾層14內的熱沉6，在真空夾層14內的一端熱沉6上置有4×4排列的16個光敏元9，與光敏元9對著的杜瓦瓶15的外殼體4上有窗口8。
所說的4×4排列的16個光敏元9的每一光敏元面上有二根點接觸引出線，其中一根為信號線16，分別與其四周相對應的16個端點10相連接，另一根引出線經編組成共用引線11，其引線端點12為2個，即為16個光敏元9的公用電極。
在真空夾層14內的熱沉6上還置有2根測溫用引線7，用來測定熱沉和與熱沉導熱良好的光敏元的溫度。這樣上述光敏元的16個引線端點10、2個公用電極端點12和2根測溫引線7共20根引線與外殼體4的頂端接線柱3相接。
所說的4×4元面陣光敏元9為對紅外輻射敏感的高溫超導薄膜，如YBCO，或GBCO。
所說的窗口8是與外殼體4密封的。窗口8為能透過紅外輻射的材料構成。
上述結構的4×4面陣高溫超導紅外探測器工作過程是來自目標的紅外輻射，經過調制后到濾光的窗口8，以一定波長的紅外輻射投射在4×4元面陣光敏元9上，16個象元同時把紅外信息轉變?yōu)榻涣餍盘栞敵?，通過接線柱3聯(lián)接數據顯示系統(tǒng)而成為直觀的目標圖象。探測器工作溫度為90K。
本實用新型的優(yōu)點在于將電阻型16個光敏元設計面陣排列，并將16個光敏元的共用電極進行串聯(lián)編組，即兩兩相連，然后四四相連，最后八八相連引出而成共用電極，并保證了每個光敏元與共用電極為點接觸，而每個光敏元的另一根信號線則直接與分布四周的電極焊點相連，從而解決了4×4元面陣輸出布線問題。與現有的時鐘脈沖延遲線方法比較，本設計具有兩維同時讀出信號的特點。
本實用新型的明顯效果1.本實用新型的4×4元面陣紅外探測器具有兩維同時讀出信號的特點，即無光機掃描為凝視探測器的直接成圖象。這大大減少了紅外儀器的尺寸和重量，有利于軍事與空間應用。
2.本實用新型的4×4元面陣紅外探測器與已有技術時鐘脈沖延遲線路和CCD轉換配合成像相比較，大大簡化了電子線路結構，增加了整機的可靠性。


圖1為本實用新型的4×4元面陣高溫超導紅外探測器的結構示意圖。圖2為高溫超導光敏元結構示意圖。
實施例如圖1圖2所示的結構。其中的4×4元光敏元9為高溫超導薄膜YBa2Cu3O7-6(YBCO)光刻制成。稱之為4×4元面陣高溫超導紅外探測器。在實際的性能測量中，獲得探測器主要性能參數如下表<

這些數據表明，探測率D*在2.4～6.4×109cm·Hz1/2·W-1之間，本設計的4×4元面陣完全可以實用。
權利要求1.一種面陣高溫超導紅外探測器，包含由外殼體(4)和內膽(13)構成中間真空夾層(14)的杜瓦瓶(15)，外殼體(4)的頂端帶有抽氣口(1)和外接線柱(3)，內膽(13)的頂端帶有注入口(2)，內膽(13)的內腔里裝有液氮(5)；在杜瓦瓶(15)的內膽(13)下部置有一端在液氮(5)里，另一端在真空夾層(14)內的熱沉(6)，在真空夾層(14)內的熱沉(6)端面上置有光敏元(9)，與光敏元(9)對著的杜瓦瓶(15)的外殼體(4)上有窗口(8)；其特征在于在真空夾層(14)內的熱沉(6)端面上置有的光敏元(9)為4×4排列的16個光敏元(9)，每一光敏元面上有二根點接觸引出線，其中一根信號線(16)分別與其四周相對應的16個端點(10)相接，另一根共用引線(11)與二個端點(12)相接；在真空夾層(14)內與外殼體(4)上的窗口(8)對著的熱沉(6)端面上還置有二根測溫引線(7)。
2.根據權利要求1所述的面陣高溫超導紅外探測器，其特征在于所述的光敏元(9)是由對紅外輻射波段敏感的超導材料構成，如YBCO或GBCO。
專利摘要一種面陣高溫超導紅外探測器,包含由外殼體和內膽構成真空夾層的杜瓦瓶。內膽的內腔里裝有液氮。內膽的下部置有熱沉,熱沉在真空夾層內的一端面上置有光敏元。本實用新型的光敏元為4×4排列的16個光敏元,16個光敏元各自有一根信號引出線和一根共用引線。本實用新型的YBCO高溫超導4×4元面陣解決了16個光敏元信號輸出問題。它與時鐘脈沖延遲線方法不同,具有同時讀出信號直接成目標圖象的特點。
文檔編號G01N21/00GK2380917SQ9922769
公開日2000年5月31日 申請日期1999年6月29日 優(yōu)先權日1999年6月29日
發(fā)明者劉心田, 陸惠秀, 劉興海, 郭少令, 褚君浩 申請人:中國科學院上海技術物理研究所