PYROELECTRIC DEVICE FOR MEASURING ELECTROMAGNETIC RADIATION INTENSITY AND TEMPERATURES AS WELL AS FOR THE THERMAL GENERATION OF ELECTRIC CURRENT AND USE OF SAME

Abstract: 1. A pyro-electric component for measuring the intensity of electro-magnetic radiation, for measuring temperature and for generating a thermo-electric current, characterised in that the pyro-electric component consists of a monocrystal having a basis of rhombic lithium metagermanate (Li2 GeO3 ).

Description: Pyroelektrisches Pauelement für die Messung der Intensität elektromagnetiscrer Strahlung, zur die Temperaturmessung sowie für die thermoelektrische Stromerzeugung. Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein pyroelektrisches 3auelement zur Messung der Intensität elektromagnetischer Strahlung, zur Temperaturmessung sowie zur thermoelektrischen Stromerzeugung. Es ist bekannt, Einkristalle aus Triglycinsulfat für pyroelektrische Detektoren heranzuziehen. Triglycinsulfat und seine Isotypen besitzen die grössten pyroelektrischen Koeffizienten aller bis heute näher unter- sucher Substanzen. Jede Temperaturänderung, z. 3. her- vorgeruten durch die Absorption elektromagnetischer Wellen, bewirkt eine Änderung der Polarisation und damit eine Ladungserzeugung, die mittels eines Ladungsverstärkers unmittelbar gemessen werden kann, wenn die betreffenden Kristallflächen mit geeigneten Elektroden versehen sind. Mit derselben Anordnung lassen sich auch Temperaturen messen. Ein Aggregat dünner grossflächiger Kristallplatten kann als thermoelektrischer Generator, z. B. unter Ausnutzung der Tag-Nacht-Schrvankungen der Temperatur herangezogen werden. Einkristalle aus Triglycinsulfat haben die Eigenscháften, sich oberhalb 4900 in eine nicht pyroelektrische Modi- fikation (paraelektrische Phase) umzuwandeln, so dass das bekannte Mater al nur in einem beschränkten Temperaturbereich bis maximal 4900 eingesetzt werden kann. Ausserdem ist das Triglycinsulfat mechanisch sehr instabil, hat eine sehr geringe Eindruckhärte und weist eine starke j.asserlösiiciikeit au=, was besondere Mass- nahmen zu Verhinderung der Oberflächenleitfähigkeit erforderlich macht. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 22 664 ist nun ein pyroelektrisches Bauelement der eingangs genannten Art bekannt, welches die unangenehmen Eigenschaten des Triglycinsulats nicht ausweist und im wesentlichen aus einem Einkristall aus rhombischem Magnesiumbariumfluorid besteht. Durch die Erfindung soll ein anderes pyroelektrisches Bauelement vorgeschlagen werden, welches ebenfalls vo-teilhafter arbeitet als das eingangs beschriebene Triglycinsulfat. Die Erfindung ist durch ein pyroelektrisches Bauelement der eingangs genannten Art gekerzeichnet, welches aus einem Einkristall ouf der Basis von rhombischen Lithium- metagermanat (Li2GeO3) besteht. Dabei liegt es im Rahmen des Efindungsgedankens, dass mindestens ein Lithiumatom ganz oder teilweise durch ein Natriumatom und/oder mindestens ein Germaniumatom ganz oder teilweise durch ein Siliziumatom ersetzt ist. Es wurde nämlich gefunden, dass Einkristalle aus rhombischen Lithiummetagermanat einen ungewöhnlich grossen pyroelektrischen Effekt längs der Achse zweizählier Symmetrie (pyroelektrische Achse) besitzen. Gegenüber Magnesiumbariumfluorid, dessen effektive pyroelektrische Konstante durch Bildung von ferroelektrischen Domänen entgegengesetzter Polarität beeinträchtigt werden kann, besitzt Li2GeO3 eine stabile Polarität; es ist daher ersterem in der Langzeitstabili- tät überlegen. Vorteilhafteweise kann der Einkristall mit Elektroden zur Abnahme der erzeugten Ladungen versehen werden. Weiterhin liann Dei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die dem Strahleintritt zugewandte Oberfläche des Kristalls mit einem selektiven Filter für bestimmte Spektralbereiche der elektromagnetischen Strahlung versehen werden. Ein solches pyroelektrisches 3bauelement kann vorteil- hafterweise mit einem oder mehreren weiteren pyroelektri schen Bauelementen, von dem eines oder mehrere mit Filter versehen sind, simultan betrieben werden, um aus der Differenz der Signale die spektrale Verteilung der Intensität elektromagnetischer Strahlungen messen zu können. Das erfindungsgemässe pyroelektrische Bauelement eignet sich insbesondere zur Messung der Intensität elektro- magnetischer Strahlung aller Frequenzbereiche, auch extrem kleiner Intensitäten, sowie zur Messung von Temperaturen. Darüber hinaus kann des pyroelektrische Bauelement für die Messung anderer als elektromagneti- scher Energieströme verwendet werden und dafür gegebenen- falls ausgestaltet sein, z. B. für Neutronen-, Elektronenoder Alphateilchenströme. Mit Vorteil kann das erfindungsgemässe Bauelement auch zur direkten Spektralanalyse verwendet werden. Zur Temperaturmessung kann die an Bauelement entstehende temperaturabhängige Polarisation mit einem Ladungsmess gerät bestimmt werden, vorzugsweise auch sür höhere Temperaturen als 49 C. Schliesslich eignet sich das erfindungsgemässe Bauelement zum Aufbau von Aggregaten dünner Kristallscheiben zur Herstellung grossflächiger, thermoelektrischer Generatoren für die Stromerzeugung. Hierbei werden die metallisierten Flächen gleicner Polarität äe')eils mit einer Elektrode verbunden. Die Herstellung grosser Einkristalle aus rhombischen Lithiumetagermanat von hoher Kistallqualität kann durch Züchtung aus der Schmelze nach dem Czochralski- Verfahren problemlos durchgeführt werden. Eine selektive Empfindlichkeit des pyroelektrischen Bauelements gegenüber Strahlung in bestimmten Spektrale reichen kann durch Aufbringen geeigneter Filter oder Filme mit bestimmten Absorptionseigenschaiten erreicht werden. 9 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche. 1. Pyroelektrisches Bauelement zur Messung der Intensität elektromagnetischer Strahlung, zur Temperaturmessung sowie zur thermoelektrischen Stromerzeugung, d a durch gekennzeichnet, dass das pyroelektrische Bauelement aus einem Einkristall auf der Basis von rhombischen Lithiummetagermanat (Li2GeO3) besteht. 2. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens ein Lithiumatom ganz oder teilweise durch ein Natriumatom und/oder mindestens ein Germaniumatom ganz oder teilweise durch ein Siliziumatom ersetzt is. 3. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 und 2, d a d u r ch gekennzeichnet, dass der Einkristall mit Elektroden zur Abnabme der elektrischen Ladungen versehen ist. 4. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 3, d a-- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dem Strahleneintritt zugewandte Oberfläche des Kristalls mit einem selektiven Filter für bestimmte Spektralbereiche der elektromagnetischerStrahlung versehen ist. 5. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch L, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es mit einem oder mehreren weiteren pyroelektrischen Bauelementen, von denen eines oder mehrere mit Filtern versehen sind, simultan betrieben wird, um aus der Differenz der Signale die spektrale Verteilung der inten- sität elektromagnetischer Strahlungen messen zu können. 6. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es für die Messung anderer als elektromagnetischer Energieströme ausgestaltet ist, wie z. 3. für Neutronen-, Elektronen-, oder Alphateilchenströme. 7. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es zur direkten Spektralanalyse einsetzbar ist. 8. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es zur Temperaturmessung eingesetzt wird, indem die am Bauelement entstehende temperaturabhängige Polarisation mit einem Ladungsmessgerät bestimmt wird, vorzugsweise auch für höhere Temperaturen als 490C. 9. Pyroelektrisches Bauelement nach Anspruch 3, ge K e n n z e . c h n e t a u r c h die Vewendung zu Aufbau von Aggregaten dünner Kristallscheiben zur Herstellung grossflächiger thermoelektrischer Generatoren für die Stromerzeugung, wobei die metallisierten Flächen gleicher Polarität jeweils mit einer Elektrode verbunden sind.

Inventors: HAUSSUHL, SIEGFRIED, PROF. DR., LIEBERTZ, JOSEF, PROF. DR., Haussühl, Siegfried, Prof. Dr.
Applicants: HAUSSUHL, SIEGFRIED, PROF. DR., LIEBERTZ, JOSEF, PROF. DR.
Application year: 1979
Main classification: H01L37
IPC codes: H01L37, G01J5