Приемник инфракрасного излучения (варианты)

Предлагаемая полезная модель относится многоэлементным приемникам инфракрасного (ИК) излучения с фоточувствительными элементами (ФЧЭ) на основе твердых растворов, содержащих легколетучий компонент. Техническим результатом при использовании предложенной полезной модели является повышение стабильности работы приемника излучения за счет уменьшения влияния температурного воздействия на ФЧЭ. Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что приемник ИК излучения содержит расположенную на охлаждаемом основании подложку с ФЧЭ, на которой на индиевых столбах, подключенных к ФЧЭ, установлена коммутационная пластина с размещенной на ней общей шиной снятия сигнала. Во втором варианте технический результат достигается тем, что на охлаждаемом основании приемника ИК излучения расположена опорная пластина с отверстием, на которой на индиевых столбах установлена коммутационная пластина с закрепленной на ней на индиевых столбах и расположенной в отверстии опорной пластины подложкой с ФЧЭ. В частных случаях общая шина снятия сигнала может быть выполнена в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба, а коммутационная пластина выполнена из кремния.

Предлагаемая полезная модель относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности, к гибридным полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения с фоточувствительными элементами (ФЧЭ) на основе твердых растворов, содержащих легколетучий компонент.

Известен приемник ИК излучения, содержащий размещенные на подложке фоточувствительные элементы на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, и присоединенную к ним индиевыми столбами схему считывания и обработки сигнала (мультиплексор) на кремниевой подложке (см. пат США №5610389, НКИ 250/216, 1997 г.). Однако, при изготовлении такой конструкции требуется специальное дорогостоящее оборудование, а технология не обеспечивает полного надежного соединения всех ФЧЭ с мультиплексором.

Известен наиболее близкий по технической сущности к обоим вариантам предлагаемых конструкций приемника ИК излучения с ФЧЭ на основе твердого раствора CdHgTe, соединенными с мультиплексором через керамическую подложку при помощи выводов из золота (см. пат США №5391875, НКИ 250/352, 1995 г.). Однако, пайка золота проводится при температуре 110-120°С, что в ФЧЭ, содержащем легколетучий компонент, приводит к изменению состава твердого раствора и, соответственно, ухудшению его электрофизических и фотоэлектрических параметров, что дестабилизирует работу прибора. Кроме того, в многоэлементных приемниках при снятии сигнала происходит нагрев крайних элементов вследствие суммирования проходящих от отдельных элементов токов, что также приводит к изменению состава с течением времени из-за присутствия легколетучего компонента, что также дестабилизирует работу прибора.

Техническим результатом при использовании предложенной полезной модели является повышение стабильности работы приемника излучения за счет уменьшения влияния температурного воздействия на ФЧЭ.

В первом варианте указанный технический результат достигается тем, что в приемнике инфракрасного излучения, содержащем установленную на охлаждаемое основание подложку с фоточувствительными элементами на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, с подключенными к ним токопроводящими дорожками и общей шиной снятия сигнала, и коммутационную пластину, коммутационная пластина установлена на подложке посредством индиевых столбов, подключенных к ФЧЭ, причем общая шина снятия сигнала размещена на коммутационной пластине. В частных случаях общая шина снятия сигнала может быть выполнена в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба, а коммутационная пластина выполнена из кремния.

Во втором варианте указанный технический результат достигается тем, что в приемнике инфракрасного излучения, содержащем охлаждаемое основание и размещенные на подложке фоточувствительные элементы на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, с подключенными к ним токопроводящими дорожками и общей шиной снятия сигнала, и коммутационную пластину, дополнительно содержится расположенная на основании опорная пластина с отверстием, причем подложка с фоточувствительными элементами закреплена на коммутационной пластине и коммутационная пластина установлена на опорную пластину посредством индиевых столбов, а общая шина снятия сигнала с фоточувствительных элементов размещена на коммутационной пластине. В частных случаях общая шина снятия сигнала может быть выполнена в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба, а коммутационная пластина выполнена из кремния.

Новым в обоих вариантах конструкции является то, что фоточувствительные элементы подключены к коммутационной пластине посредством индиевых столбов, которые одновременно являются элементом крепления между коммутационной

пластиной и подложкой. Такая конструкция обеспечивает оптимальный режим сборки, при котором исключается влияние повышенной температуры на ФЧЭ, содержащий легколетучий компонент, при этом сохраняются электрофизические и фотоэлектрические параметры, которые обеспечивают стабильную работу приемника излучения. Также новым в обоих вариантах является то, что общая шина снятия сигнала с ФЧЭ размещена на коммутационной пластине, это уменьшает влияние ее нагрева на крайние ФЧЭ при суммировании проходящих от ФЧЭ токов, что также повышает стабильность работы прибора. В частных случаях выполнение общей шины снятия сигнала в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба позволит осуществить перенос сигнала от ФЧЭ без его суммирования на коммутационной пластине, при этом устраняется нагрев пластины, что также дополнительно стабилизирует работу прибора.

Новым во втором варианте конструкции является крепление подложки с ФЧЭ к коммутационной пластине, которая установлена на опорную пластину с отверстием, размещенную на охлаждаемом основании. Отсутствие касания подложки с ФЧЭ и охлаждаемого основания снижает влияние изменения температуры основания, обусловленного пульсацией охлаждающей системы при дроссельном и машинном охлаждении, а также позволяет проводить более плавный режим охлаждения ФЧЭ, который осуществляется через опорную и коммутационную пластины и индиевые столбы. Это благоприятно для границы раздела ФЧЭ-подложка, на которой присутствуют напряжения, влияющие на электрофизические и фотоэлектрические параметры.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 приведены схемы предложенного устройства по вариантам 1 и 2 соответственно.

На фиг.1 приемник инфракрасного излучения содержит установленную на охлаждаемое основание 1 подложку 2 с фоточувствительными элементами 3 и токопроводящими дорожками 4, коммутационную пластину 5. На коммутационной пластине 5 расположена общая шина снятия сигнала 6. Фоточувствительные элементы 2 подключены к коммутационной пластине 5 через токопроводящие дорожки 4 посредством индиевых столбов 7.

На фиг.2 в приемнике инфракрасного излучения на охлаждаемом основании 1 расположена опорная пластина 8 с отверстием. На опорной пластине 8 на индиевых столбах 7 установлена коммутационная пластина 5, на которой посредством индиевых столбов 7 закреплена подложка 2 с ФЧЭ, расположенная в отверстии опорной пластины 8, при этом через токопроводящие дорожки 4, индиевые столбы 7 и коммутационную пластину 5 осуществляется контакт ФЧЭ со схемой считывания и обработки сигнала (на чертеже не показана). На коммутационной пластине 5 расположена общая шина снятия сигнала 6.

В процессе сборки приемника крепление на индиевые столбы проводят при комнатной температуре, при этом не происходит перегрева материала ФЧЭ, содержащего легколетучий компонент, состав твердого раствора остается заданным на определенные электрофизические и фотоэлектрические параметры, что способствует стабильной работе прибора.

При работе приемника от падающего излучения в ФЧЭ 3 возникает фототок, который снимается через индиевые столбы и общую шину выходного сигнала 6, расположенную на коммутационной пластине 5. При этом не происходит непосредственного нагрева подложки с ФЧЭ от проходящего тока, а влияние нагрева коммутационной пластины 5 существенно меньше, причем при выполнении общей шины 6 в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба оно практически полностью исключается.

Предложенные конструкции разработаны для фоторезистивных многоэлементных приемников ИК излучения из CdHgTe, например, двухрядной линейки по 128 ФЧЭ. В первом варианте выполнения на охлаждаемом основании 1 из сапфира расположена подложка из германия с фоточувствительными элементами. Коммутационную пластину 5 целесообразно изготавливать из кремния, так как он имеет широкую полосу пропускания, высокую теплопроводность, а также является одним из материалов, технологически хорошо отработанных в электронной технике. При помощи фотолитографии на подложку и коммутационную пластину наносят токопроводящие дорожки и индиевые столбы,

последние затем соединяют холодной компрессией методом перевернутого монтажа. Во втором варианте выполнения на охлаждаемом сапфировом основании расположена опорная пластина с отверстием, соответствующим форме подложки, например, квадратным, которая изготавливается из материала с высокой теплопроводностью, например, кремния, двуокиси алюминия, сапфира. Топология схемы на подложке в случае двухрядной линейки позволяет снимать сигнал с двух парных элементов через индиевый столб, соединенный с общей шиной снятия сигнала, расположенной на коммутационной пластине. В частных случаях общая шина может быть выполнена в виде многоуровневой разводки, в которой от каждого индиевого столба идет отдельная токопроводящая дорожка, чередующаяся с диэлектрическим материалом, например, двуокисью кремния.

Таким образом, предложенная конструкция с креплением коммутационной пластины на индиевые столбы позволяет повысить стабильность работы приемника излучения за счет исключения влияния температурного воздействия на ФЧЭ.

1. Приемник инфракрасного излучения, содержащий установленную на охлаждаемое основание подложку с фоточувствительными элементами на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, с подключенными к ним токопроводящими дорожками и общей шиной снятия сигнала, и коммутационную пластину, отличающийся тем, что коммутационная пластина установлена на подложку посредством индиевых столбов, подключенных к фоточувствительным элементам, причем общая шина снятия сигнала размещена на коммутационной пластине.

2. Приемник инфракрасного излучения по п.1, отличающийся тем, что общая шина снятия сигнала выполнена в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба.

3. Приемник инфракрасного излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что коммутационная пластина выполнена из кремния.

4. Приемник инфракрасного излучения, содержащий охлаждаемое основание и размещенные на подложке фоточувствительные элементы на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, с подключенными к ним топопроводящими дорожками и общей шиной снятия сигнала, и коммутационную пластину, отличающийся тем, что он дополнительно содержит расположенную на основании опорную пластину с отверстием, причем подложка с фоточувствительными элементами закреплена на коммутационной пластине и коммутационная пластина установлена на опорную пластину посредством индиевых столбов, а общая шина снятия сигнала с фоточувствительных элементов размещена на коммутационной пластине.

5. Приемник инфракрасного излучения по п.4, отличающийся тем, что общая шина снятия сигнала выполнена в виде многоуровневой разводки от каждого индиевого столба.

6. Приемник инфракрасного излучения по п.4 или 5, отличающийся тем, что коммутационная пластина выполнена из кремния.