基于平板基片的辐射探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于平板基片的辐射探测器；包括衬底，辐射吸收材料，热敏电阻，加热丝；所述的衬底选用高热导率、高绝缘性、低热容的材料；加热丝及热敏电阻分别接触固定于衬底的表面，辐射吸收材料位于加热丝上方，加热丝与辐射吸收材料中间用绝缘层隔离。本发明专利技术体积小、热容小；加热丝电阻大，引线电阻影响可忽略不计；热敏电阻灵敏度高，可探测的动态范围大，可以作为航天器上新型内置定标基准源，也可以应用于其它热辐射探测领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学辐射度测量领域，涉及一种电替代绝对辐射计，特别涉及一种用于卫星上 测量太阳辐射的基于平板基片的辐射探测器。技术背景绝对辐射计的测量原理是利用光电等效性，把照射到绝对辐射计上的未知短射照度的热效 应同巳知电功率(测定加热电流强度和电压)的热效应进行比较，使加热的电功率等效于接 收的辐射功率，用电功率再现的方法标定辐射标度。绝对辐射计的一个主要应用是在航天器 上监测太阳总辐照度变化。目前，绝对辐射计主要是采用双锥腔电替代补偿型，如长春光机所研制的SIARs太阳辐 照绝对辐射计，它由一个热沉外壳及其内部两个辐射探测器件构成，该两个辐射探测器件为 对称的30。正圆锥腔探测器。其中一个圆锥腔为工作腔，接收光辐射和电功率替代加热；另 一个圆锥腔为参考腔，用于补偿热沉温漂的影响。热沉外売的与工作腔开口相对处设有狭缝 和快门。圆锥腔探测器是采用电镀工艺特殊制作的薄壁银圆锥腔，腔口直径为13mm,腔壁 内埋入860fi的康铜电加热丝，圆锥腔内涂有一层辐射吸收材料涂料。两个圆锥腔的开口底 套进热电堆环内，热电堆环由呈辐射状排列的180对康铜-铜热电堆构成，热电堆环外端固定 在热沉上。这种圆锥腔探测器体积大、热容大，因而圆锥腔与热沉外壳之间热传导慢，辐射 计的时间常数长，完成一次测量的时间长(1.5-3min);加热丝电阻小，引线电阻影响大，影 响测量精度；热电堆环灵敏度低，最小可探测功率大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种体积小、热容小、加热丝电阻大、灵敏度高的基于平 板基片的辐射探测器。本专利技术的基于平板基片的辐射探测器包括衬底，辐射吸收材料，热敏电阻，加热丝；所述 的衬底选用高热导率、高绝缘性、低热容的材料；加热丝及热敏电阻分别接触固定于衬底的表面，辐射吸收材料位于加热丝上方，加热丝与辐射吸收材料中间用绝缘层隔离。当光辐射在辐射吸收材料上时，辐射吸收材料对太阳辐射进行吸收，并将吸收的光能转化为热能。该热能通过加热丝、绝缘层及高热导率、高绝缘性、低热容的衬底传递给热敏电阻，使热敏电阻的阻值发生变化。当没有光辐射在辐射吸收材料上时，在加热丝两端加上一个电压，加热丝开始发热，该热能通过高热导率、高绝缘性、低热容的衬底传递给热敏电阻，使热敏电阻的阻值发生变化。若上述两种情况下热敏电阻阻值的变化量相等，就表明照射到辐射吸收材料上的辐射照度热效应同加热丝上所加电功率的热效应相等，即加热的电功率等效于接收的光辐射功率，这样就可以用电功率再现的方法标定辐射标度。由于加热丝、辐射吸收材料及热敏电阻都集成于衬底上，因而本专利技术体积小、热容小，与热沉之间热传导快；加热丝电阻大，引线电阻影响可忽略不计；热敏电阻灵敏度高，可探测的动态范围大。对如上所述两种情况下热敏电阻的阻值变化量是否相等，可以采用桥式电路来确定。以两个辅射探测器上的热敏电阻作为桥式电路的两个臂，以两个标准精密电阻作为桥式电路的另两个臂。在其中一个辐射探测器上的热敏电阻和一个标准精密电阻之间的节点与另一个辐射探测器上的热敏电阻和另一个标准精密电阻之间的节点之间加有一定的电功率，使电桥达到平衡，电桥输出为零。若光照条件下与加热丝两端加上电压条件下电桥输出相等，则说明热敏电阻阻值的变化量相等，即加热的电功率等效于接收的光辐射功率。本专利技术可以作为主辐射探测器和参考辐射探测器，用于卫星上测量太阳辐射的电替代绝对辐射计。工作时以主辐射探测器和参考辐射探测器的热敏电阻分别作为桥式电路的两个臂，以两个标准精密电阻作为桥式电路的另两个臂。在辐射计工作阶段快门打开，太阳光通过狭缝照射在主辐射探测器上的辐射吸收材料上，辐射吸收材料对太阳辐射进行吸收，使得主辐射探测器温度上升直至与热沉达到热平衡，主辐射探测器上的热敏电阻阻值改变，电桥达到一个新的平衡点，输出为'A;参考阶段关上快门不让太阳辐射到主竊射探测器的辐射吸收材料上，这时刚才建立的热平衡被打破，辐射探测器的温度下降，这时在主辐射探测器上的加热丝上加电压，加热丝开始发热，使得主辐射探测器温度再次上升,直到再次达到热平衡，电桥输出为A;这就表明此时照射到绝对辐射计上的未知福射照度的热效应同已知电功率的热效应相等，即加热的电功率等效于接收的光辐射功率，这样就可以用电功率再现的方法 标定辐射标度。本专利技术还可以应用于其它热辐射探测领域。所述的衬底为具有一定厚度的长方形片，两个热敏电阻分别接触固定于衬底上表面两端； 热敏电阻上表面通过导电粘接材料与上电极引线相连接，下表面通过导电粘接材料与下电极 引线及衬底的上表面相连接；加热丝接触固定于衬底下表面的中间部分，两个加热丝压点分 别接触固定于衬底下表面加热丝的两侧；加热丝压点上表面与加热丝引线相连接，下表面与 衬底的下表面相接触，端面分别与加热丝的一端相连接；绝缘层位于加热丝区域上方，下表 面与加热丝或衬底接触，上表面中间部分与辐射吸收材料接触。本专利技术的包括下列歩骤(一) 、选用导热性好、绝缘性好、热容小的材料作为衬底；衬底厚度0.05 — 5mm， 一部 分表面粗糙度为1 rnn 10^im (rms)，另一部分表面粗糙度为0.2nm 5^im (rms)，热导率 25W/K'cm，电阻率为1012-1017D'cm;(二) 、将加热丝材料沉积于衬底的粗糙度为0.2nm 5pm(rms)的表面，沉积厚度为50nm 一20pm，优选100 nm—l(Vm，最优选300nm—3tim;加热丝材料薄膜生长完毕，用光刻工 艺在加热丝材料薄膜上表面形成与加热丝相同的掩蔽图形，然后蚀刻形成加热丝图形，去除 光刻胶；(三) 、在带有加热丝的衬底表面沉积绝缘层；绝缘层材料选用导热性好、电绝缘性好、 热容小、易成膜、可图形化、抗老化性好的材料；然后在绝缘层上表面光刻，使加热丝上方区域的光刻胶保留，最后，用蚀刻去除其余部分的保护膜，去除光刻胶；(四) 、选用高吸收率、低反射率的材料作为辐射吸收材料；在绝缘层的上表面生长辐射 吸收材料，辐射吸收材料厚度为lOnm—2mm，优选100 nm—500nm,最优选lfim—3(^m;(五) 、将热敏电阻粘接于衬底的粗糙度为lnm l(Vm (rms)的表面；所述步骤(一)中，衬底选用金刚石片。所述步骤(二)中加热丝材料可以选用康铜或锰铜，通过或直流磁控溅射或射频溅射或射 频磁控溅射方法制备加热丝。所述步骤(三)中绝缘层材料选用Si02或Al203或Si3N4或聚酰亚胺等；采用溅射或蒸发或涂覆的方法在带有加热丝材料薄膜的衬底表面制备绝缘层。所述步骤(四)中，可以采用微波等离子体化学气相沉积或热阴极直流等离子体化学气相 沉积或溅射技术或涂敷技术或烧结技术或电镀方法在衬底表面制备辐射吸收材料膜层，辐射 吸收材料可以是碳纳米管、黑色掺硼金刚石、金刚石碳、碳吸收黑、镍磷合金吸收黑材料等， 吸收膜层厚度为10nm—2mm;采用电镀方法制备辐射吸收材料时，应先用磁控溅射方法在绝 缘层上表面制备一层Ni或Cu或Cd或双层镍涂层薄膜，作用是(1)作为电镀阴极；(2)为 了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性。本专利技术的基于平板基片的辐射探测器结构简单，尺寸及质量都得到了很好的控制。由于衬 底选用的是高热导率、高绝缘性及低的热容材料，并且采用MEMS方法把加热丝及辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平板基片的辐射探测器，包括辐射吸收材料，加热丝；其特征在于还包括衬底，热敏电阻；所述的衬底选用高热导率、高绝缘性、低热容的材料；加热丝及热敏电阻分别接触固定于衬底的表面，辐射吸收材料位于加热丝上方，加热丝与辐射吸收材料中间用绝缘层隔离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉鹏，方伟，叶新，梁静秋，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[]