ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ С РАДИАЦИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Предлагаемая полезная модель относится к фоточувствительным полупроводниковым приборам с радиационным охлаждением, в частности, к приемникам излучения, предназначенным для использования в космических летательных аппаратах.
Известен приемник излучения с радиационным охлаждением, содержащий размещенный в корпусе кристалл с фоточувствительным элементом, в котором радиационное охлаждение осуществляться стоком тепла в космос с поверхности пластины. В конструкцию такого приемника кроме радиатора внутренней низкотемпературной ступени, вводится внешняя ограждающая ступень с зеркальными поверхностями (см. Ортенберг Ф.С. Методы инфракрасного зондирования Земли из космоса. Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; №8, 1987, рис.13). В такой конструкции паразитные теплопритоки составляют до 90% от общей тепловой нагрузки радиатора и только 10% приходится на кристалл с фоточувствительным элементом. И хотя температурный уровень криостатирования таких радиационных холодильниках составляет 80-120 К, эффективность охлаждения в них невысока.
Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому приемник излучения с радиационным охлаждением, содержащий в качестве фоточувствительного элемента фотосопротивление из CdHgTe, установленного на держателе в металлическом корпусе с окном из германия. Держатель и металлический корпус закреплены на металлическом кронштейне-цоколе, электрические выводы с фоточувствительного элемента выполнены никелевыми проволочными выводами (см. Завелевич Ф.С. и др, Фурье-спектрометр для дистанционного зондирования атмосферы Земли. Сборн. докл. междунар. конф. МСАР-2006. СПб., 2006. С.224-230). Сброс тепла, выделяемого внутри модуля, осуществляется радиационным путем через некоторые поверхности, имеющие тонкопленочное покрытие типа ОСО-С, и на корпус аппарата через кронштейн крепления с тепловым сопротивлением порядка 0,1 К/Вт. Однако, в такой конструкции довольно высоки теплопритоки к охлаждаемой зоне фоточувствительного элемента. Кроме того, такая конструкция не является достаточно надежной из-за использования проволочных выводов по всей длине конструкции от фоточувствительного элемента до кронштейна, а также наличия металлостеклянных выводов из объема корпуса через охлаждаемый кронштейн-цоколь.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение надежности работы приемников излучения, работающих при криогенных температурах.
Технический результат при ее использовании - снижение теплопритоков к охлаждаемой зоне приемника излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что в приемнике излучения с радиационным охлаждением, содержащем закрепленные на цоколе металлический корпус с входным окном и расположенный внутри корпуса цилиндрический держатель, на котором установлен кристалл с фоточувствительным элементом, снабженный электрическими выводами, держатель выполнен из сапфира, цоколь выполнен металлокерамическим, а электрические выводы выполнены в виде токопроводящих дорожек, нанесенных на цилиндрическую поверхность держателя.
Использование диэлектрического материала сапфира для изготовления держателя позволяет наносить непосредственно на его цилиндрическую поверхность токопроводящие дорожки, выполненные из металла, как правило, из золота, и имеющие отражающую зеркальную поверхность, что за счет отражения уменьшает теплоприток к держателю от внешних более теплых элементов конструкции.
Нанесение токопроводящих дорожек непосредственно на держатель позволят уменьшить массогабаритные характеристики приемника излучения, что также способствует уменьшению теплопритоков к охлаждаемой зоне.
2
3
Эффективность радиационного охлаждения поддерживается за счет применения материалов с более высокой, чем в прототипе, теплопроводностью. Это относится как к материалу держателя - сапфиру (АlО-монокристалла КМП. 01), теплопроводность которого ~ в 2 раза выше используемого ранее ковара, так и к металлокерамическому цоколю.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема приемника излучения с радиационным охлаждением.
Приемник излучения содержит металлокерамический цоколь 1, на котором закреплены металлический корпус 2 с входным окном 3 и расположенный внутри корпуса 2 цилиндрический держатель 4, целиком выполненный из сапфира. На держателе 4 установлен кристалл 5 с фоточувствительным элементом, снабженным электрическими выводами 6, выполненными в виде токопроводящих дорожек, нанесенных на цилиндрическую поверхность держателя.
При работе в открытом космосе сброс тепла и обеспечение рабочей температуры фоточувствительного элемента осуществляется через сапфировый держатель и металлокерамический цоколь, которые за счет использованных материалов поддерживают эффективное охлаждение. Снижение теплопритоков осуществляется за счет отражения от токопроводящих дорожек на цилиндрической поверхности держателя тепла, исходящего от внешних элементов, а также за счет повышенной теплопроводности материалов держателя и цоколя..
Предлагаемая конструкция была реализована для приемника излучения с фоточувствительным элементом на основе антимонида индия, который расположен на торцевой части цилиндрического держателя, выполненного из сапфира марки КМП. 01 (ТУ 6-09-5052-85). С другой стороны держатель закреплен в металлокерамическом цоколе методом пайки припоем ПСр-72 В. Металлокерамический цоколь изготовлен по толстопленочной технологии из вакуумплотной керамики ВК 94, в нем расположены токопроводящие дорожки для обеспечения электрической связи фоточувствительного элемента с устройствами обработки сигнала. На торцевой поверхности держателя в соответствии с топологией фоточувствительного элемента и на его цилиндрической поверхности методом вакуумного напыления нанесены токопроводящие дорожки из золота. Входное окно приемника излучения выполнено из германия в соответствии с областью чувствительности фоточувствительного элемента, причем предложенная конструкция приемника излучения обеспечивает температуру входного окна порядка 90 К, что исключает его запотевание в открытом космосе.
Предложенный приемник излучения с радиационным охлаждением содержит оптимально выполненные элементы конструкции и изготавливается с использованием современных микронных технологий, обеспечивающих более высокую воспроизводимость результатов и улучшение качества изготовления, что и обуславливает надежность работы приборов при его эксплуатации.