專利名稱：一種測量制冷型紅外探測器光敏元間溫差的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測器檢測技術(shù)，具體是指一種測量制冷型紅外探測器光 敏元間溫差的裝置和方法，它適用于測量制冷型紅外探測器光敏元之間的溫度 差異。
背景技術(shù)：
隨著紅外焦平面技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大面陣長線列的紅外探測器件。對于
這些面積較大、光敏元數(shù)目眾多的器件，其在80K左右工作溫度下的光敏元之 間的溫度差異成為越來越受關(guān)注的一個問題。因為焦平面上感光區(qū)域的溫度分 布不均勻會導(dǎo)致材料的禁帶寬度有差異從而影響器件的響應(yīng)波長，不利于焦平 面的均勻性指標(biāo)的提高。但目前為止還沒有直接測量每一光敏元的溫度的方 法，因為光敏元的幾何尺寸及其間距都在微米量級，現(xiàn)有的溫度測量方法無法 區(qū)分這么小空間的溫度差異，而利用光譜間接的測量得到的是溫度、應(yīng)變及組 分幾個因素的綜合結(jié)果，所以必須發(fā)展新的方法獲取光敏元的溫度分布信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種量測制冷型紅外焦平面器件光敏元間溫度差異 的方法，解決制冷型紅外焦平面器件光敏元間溫度差異的測量問題。
本發(fā)明方法利用了半導(dǎo)體材料的溫差電動勢效應(yīng)溫度會引起半導(dǎo)體材料
的費米能級Ep位置的變化，隨著溫度的升高，無論是P型還是N型半導(dǎo)體其 費米能級EF均向本征費米能級Ei移動，而一般來說，應(yīng)變及組分只會引起導(dǎo) 帶底能量Ec及價帶頂能量Ev的位置變化，不會引起半導(dǎo)體材料EF的變化，
這樣就導(dǎo)致一塊半導(dǎo)體材料內(nèi)兩個溫度不同的地方產(chǎn)生溫差電動勢，所以通過
測量光敏元間的溫差電動勢就可以獲取溫差信息。對于內(nèi)部有pn結(jié)勢壘或肖 特基勢壘的情況，溫差電動勢仍然可以測出。在平衡狀態(tài)下，假設(shè)芯片處于均 勻的溫度場中，則費米能級為一平直的直線，如若某處溫度有變化，便會導(dǎo)致 Ef的升高或降低，對外產(chǎn)生溫差電動勢。
本發(fā)明的測量裝置如附圖l所示，由硅引線板2、銦柱3、 P型碲鎘汞4和 n型碲鎘汞構(gòu)成的探測器器件封裝在低溫杜瓦8中，器件用真空導(dǎo)熱油脂粘貼 杜瓦的冷頭1上，連接各個光敏元的測量引線6通過杜瓦的內(nèi)部電路將光敏 元引出，靜電計10通過靜電計引線9并聯(lián)杜瓦8上的與光敏元相連的金屬觸 點上，由靜電計10測得光敏元之間的電勢差。在實際測量中，從導(dǎo)線接觸低 溫光敏元的一端到處于室溫的另一端本身就存在一個可觀的溫差電動勢。為消 除這個電動勢的影響，采用相同的測量引線6來連接各個光敏元，并且與靜電 計10連接的靜電計引線9選用兩根同材質(zhì)同型號同長度(L產(chǎn)L》的測量引線 并使測量是室溫To (T,二T2二T。)保持恒定。整個測量裝置安置在靜電屏蔽網(wǎng) 11中。由半導(dǎo)體物理學(xué)的知識可知，在材料組分分布均勻和溫度場恒定的情況 下，溫差」T隨溫差電動勢」V單調(diào)變化，因此我們可以用」V來表征JT。 這樣，以焦平面器件上的某一個光敏元為基準(zhǔn)點，多次測量其他光敏元與之的 溫差，就可以得到整個焦平面器件的溫度分布了。
本發(fā)明的優(yōu)點在于該方法彌補了制冷型紅外焦平面領(lǐng)域量測比較器件的 溫度均勻性的技術(shù)空白，操作簡便易行，可以定量的給出整個器件的溫度分布。


圖1為本發(fā)明的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中各編號的定義按編號從小到大 的順序排列依次為l-冷頭；2-Si引線板；3-銦柱；4-p型碲鎘汞；5-n型碲鎘
汞；6-杜瓦內(nèi)與光敏元連接的測量引線；7-窗口； 8-杜瓦；9-靜電《十引線；10-靜電計；11-靜電屏蔽銅網(wǎng)。測量時測量溫度恒定在TQ，靜電計的兩極的溫度 T!及T2等于To。
具體實施例方式
1. 將碲鎘汞器件封裝于低溫杜瓦8中，以真空導(dǎo)熱油脂把待測樣品粘貼在 杜瓦冷頭1上，同時把各光敏元引至杜瓦外，所有引線6均采用10絲 的金絲，并保證從光敏元的焊點到杜瓦輸出端的測溫差電動勢測量點的 金絲長度為10cm。
2. 將杜瓦8的真空腔抽真空以確保器件的溫度能降到紅外器件實際工作的 低溫。
3. 杜瓦8的液氮腔中灌滿液氮，通過冷頭l把器件冷卻。
4. 約30分鐘后器件溫度達到平衡，開始測量。測量在有靜電屏蔽網(wǎng)ll的 房間進行，測量引線亦需要很好的屏蔽。
5. 用Kdthley6517A靜電計通過杜瓦輸出端測量光敏元間電勢差，所用引 線9為兩根材質(zhì)長度均相同的屏蔽線。
6. 多次測量基準(zhǔn)光敏元與其他光敏元間的電勢差，即可得到用Z1V表征的 器件4T分布了。
權(quán)利要求
1.一種測量制冷型紅外探測器光敏元間溫差的裝置，它主要包括杜瓦(8)、靜電計(10)和靜電屏蔽網(wǎng)11，其特征在于被測量的探測器器件由真空導(dǎo)熱油脂粘貼杜瓦(8)中的冷頭(1)上，被測器件上的各個光敏元通過測量引線(6)與杜瓦(8)上的金屬觸點相連，靜電計(10)通過靜電計引線(9)并聯(lián)在杜瓦(8)的金屬觸點上，通過靜電計(10)測量各個光敏元件的電動勢，整個裝置安放在靜電屏蔽網(wǎng)(11)中。
2. 根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種測量制冷型紅外探測器光敏元間溫差的裝 置，其特征在于所說的連接各個光敏元的測量引線(6)均采用直徑為O.lmm， 長度為10cm的金絲。
3. 根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種測量制冷型紅外探測器光敏元間溫差的裝 置，其特征在于所說的靜電計引線(9)為兩根材質(zhì)長度均相同的屏蔽線。
4. 根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種測量制冷型紅外探測器光敏元間溫差的裝 置，其特征在于所說的靜電計(10)是用Kdthley6517A靜電計。
5. —種采用權(quán)利要求1所述的裝置測量制冷型紅外探測器光敏元間的溫 差的方法，其特征在于它包括以下步驟A.將碲鎘汞器件封裝于低溫杜瓦(8)中，以真空導(dǎo)熱油脂把待測樣品粘貼在杜瓦冷頭(1)上，同時把各光敏元引至杜瓦(8)得金屬觸點上；B. 將杜瓦(8)的真空腔抽真空以確保器件的溫度能降到紅外器件實際工 作的低溫；C. 杜瓦(8)的液氮腔中灌滿液氮，通過冷頭把器件冷卻；D. 約30分鐘后器件溫度達到平衡，開始測量,測量在有靜電屏蔽的房間 進行，測量引線亦需要很好的屏蔽； E. 用Keithley6517A靜電計通過杜瓦輸出端測量光敏元間電勢差，所用引 線(9)為兩根材質(zhì)長度均相同的屏蔽線；F. 多次測量基準(zhǔn)光敏元與其他光敏元間的電勢差，即可得到用電動勢表 征的器件溫差分布。
全文摘要
本發(fā)明專利公開了一種測量制冷型紅外焦平面探測器件各光敏元間的溫度差的裝置和方法。溫度分布不均勻會導(dǎo)致材料的禁帶寬度有差異從而影響器件的響應(yīng)波長，不利于焦平面的均勻性指標(biāo)的提高，因此不同位置的光敏元溫度分布是非常值得關(guān)注的。但目前還沒有哪個方法能簡單方便的測量幾何尺寸在微米量級的光敏元的溫度。本專利通過靜電計測量微小面積光敏元的電勢差，可以方便的得到他們間的溫度差。該方法簡便易行，測量準(zhǔn)確，值得推廣使用。
文檔編號G01K7/01GK101373153SQ20081020154
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者張海燕, 李言謹(jǐn), 胡曉寧, 陸華杰, 龔海梅 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所