болометр напівпровідниковий

Прилад для виявлення і вимірювання енергії електромагнітного випромінювання, заснований на зміні електричного опору напівпровідникового термочутливого елемента.

Болометр (від грец. Bole - кидок, промінь і metreo - вимірюю) - теплової неселективний приймач випромінювання. заснований на зміні електричного опору термочутливого елемента з напівпровідника при його нагріванні внаслідок поглинання вимірюваного потоку випромінювання. Болометр використовується для вимірювання сумарної потужності випромінювання, а в поєднанні зі спектральним приладом - для визначення спектрального складу випромінювання. Введенням барвників в органічну плівку, що наноситься на поглинаючий шари, або за допомогою зовнішніх оптичних фільтрів болометр може бути перетворений в селективний приймач. У напівпровідникових болометрів використовують оксиди Mn, Ni, Со, а також плівки з Ge і Si.

Відносна зміна опору чутливого елемента болометра δR / R при зміні його температури на величину δT описується наближеним рівністю δR / R = βδT. де β - температурний коефіцієнт опору; для напівпровідників β = 3. 10 -3 T-2. Як приймач оптичного випромінювання болометр характеризується чутливістю або коефіцієнт перетворення. висловлюваним в В / Вт; порогом чутливості або пороговим потоком - мінімальним потоком, при якому сигнал близький або дорівнює шумів, і постійної часу. характеризує час встановлення стаціонарного режиму. Напівпровідникові болометри застосовують як без охолодження, так і при глибокому охолодженні до 1.5 - 4 К; їх типові параметри: власне R = 1 - 10 МОм, чутливість 50 - 5000 В / Вт, постійна часу 0.1 - 5 мс. Граничний потік напівпровідникових болометрів змінюється приблизно √s. де s - площа чутливої ​​площадки. Зменшення розмірів майданчика ускладнює фокусування випромінювання на ній. Для подолання цього утруднення створені імерсійним болометри, у яких чутливий елемент знаходиться в оптичному контакті з лінзою, яка має великий показник заломлення. Це дозволяє ефективно фокусувати випромінювання на приймальному майданчику розмірів до 0,01 мм 2 і тим самим знижувати величину порогового потоку. Надпровідникові болометри, що працюють при глибокому охолодженні (3 - 15 К), засновані на різкій зміні опору при переході деяких металів і напівпровідників від нормального до надпровідного стану. У перехідному діапазоні температур, що становить частки градуса температурний коефіцієнт різко зростає, що призводить до збільшення чутливості болометра. Як матеріали для таких болометрів застосовують Sn, Та, Pt, сплав ніобію з оловом, а також нітрид ніобію. Болометри включають але бруківці схемою, в два плеча якої включені два однакових термочутливих елемента: один - робочий, інший - компенсаційний для усунення впливу температури навколишнього середовища на балансування моста.

Для характеристики болометрів використовують такі параметри:
1. опір активного термистора болометра при кімнатній температурі;

2. робоча напруга;

3. чутливість при певній частоті модуляції променистого потоку, що дорівнює відношенню корисного сигналу, що знімається з болометра на вхід підсилювача, до потужності випромінювання, що падає на болометр;

4. поріг чутливості, чисельно рівний потужності випромінювання, яка викликає сигнал, еквівалентний рівню власних шумів болометра, т. Е. Поріг чутливості визначається мінімальною потужністю випромінювання, яку за даних умов здатний зареєструвати болометр;

5. постійна часу, що характеризує теплову інерційність активного термистора;

6. рівень власних шумів.

Болометр для вимірювання інфрачервоного випромінювання. Чутливий елемент 6 утримується дротами 5, припаяними до пластин 4 на коварових штирях 3. Останні ізольовані склом 2 від мідного кільця 1, що має температуру бази