DE3438764A1 - Thermoelektrischer detektor - Google Patents
Thermoelektrischer detektorInfo
- Publication number
- DE3438764A1 DE3438764A1 DE19843438764 DE3438764A DE3438764A1 DE 3438764 A1 DE3438764 A1 DE 3438764A1 DE 19843438764 DE19843438764 DE 19843438764 DE 3438764 A DE3438764 A DE 3438764A DE 3438764 A1 DE3438764 A1 DE 3438764A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- thermoelectric
- leg
- pairings
- ratio
- magnitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/81—Structural details of the junction
- H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
P 1068
Kombinat VEB Keramische gMO1».
Werke Hermsdorf « 8438
Thermoelektrischer Detektor
Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Detektor, der zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung Verwendung
findet.
Es ist grundsätzlich zwischen einer Reihe verschiedener Typen thermoelektrischer Detektoren zu unterscheiden, je nachdem
- ob deren Funktionselemente auf einer massereichen Wärmesenke ("Wärmesenkentyp") oder einer massearmen, freitragend
aufgespannten Folie ("Aufhängetyp") angeordnet
sind,
- ob die Funktionselemente aus kompaktem Material (z.B.
in Form von kleinen Zapfen bzw. dünnen Drähten) oder aus dünnen Schichten bestehen und
- ob die Funktionselemente in einem evakuierten oder in einem mit Schutzgas gefüllten Gehäuse untergebracht sind.
Das gegenwärtig weit verbreitete Interesse an weitgehend miniaturisierten und gleichzeitig möglichst empfindlichen
thermoelektrischen Detektoren hat zur Entwicklung eines Detektortyps geführt, der als Aufhängetyp konzipiert, in Dünnschichttechnik
realisiert und unter Schutzgasatmosphäre in standardisierten Transistorgehäusen gekapselt ist.
Bekannte thermoelektrische Detektoren dieses Typs sind z. B. in TO-5-Gehäuse mit Np-, Ar- oder Xe-Schutzgasatmosphäre von
Normaldruck hermetisch verkapselt. Bei einer Größe der strahlungsauf nehmenden Empfängerfläche von 1 mm χ 1 mm bzw. 1 mm
Durchmesser erreichen thermoelektrische Detektoren, die in Dünnschichttechnik hergestellt sind, mit 6 - 15 in unterschiedlicher
Konfiguration in Reihe geschalteten Einzelthermoeleraenten
typische Empfindlichkeiten von 7 - 23,5 V/W
— 2 —
(Wollmann, L. R.: Electro-Optical Systems Design, Sept. 1979, S. 37 - 44).
Im Bestreben, noch empfindlichere Geräte zur berührungslosen
Temperaturmessung, für die Gasanalyse oder für Uberwachungs- und Sicherungsanlagen zur Verfügung zu
haben, besteht jedoch ein großes Interesse an noch empfindlicheren thermoelektrischen Detektoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermoelektrischen
Detektor zu schaffen, bei welchem unter Beibehaltung üblicher Materialien für die Thermopaare
durch eine neuartige Formgebung derselben bei gleichzeitiger Einhaltung einer erforderlichen Mindestanzahl
von Thermopaaren für den angestrebten Detektortyp Mindestempfindlichkeiten von 35 V/W erreichbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Schenkelpaarungen untereinander größenordnungsmäßig vergleichbarer
Wärmeleitwerte eingesetzt sind und eine Mindestanzahl von 25 thermoelektrischen Paarungen über der detektiven
Fläche angeordnet sind, wobei jedem Thermoschenkel ein Verhältnis von Schenkellänge und Schenkelbreite von
mindestens 20, insbesondere zwischen 20 und 30, vorzugsweise 27 gegeben ist. Der erfindungsgemäße thermoelektrische
Detektor ist mittels bekannter Vakuumbeschichtungs-
— 3 —
-■■--/- ' ρ 1068
verfahren und fotolithografischer Strukturierungsverfahren
herstellbar. Es gelingt mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mittel, unter Verwendung bekannter thermoelektrischer
Materialien und an sich bekannten Detektorausführungen vom Aufhängetyp unter Normaldruckgasfüllung mit
detektiver Fläche in der Größenordnung von einem Quadratmillimeter in überraschend einfacher Weise eine Empfindlichkeitssteigerung
des vorgeschlagenen Detektortyps auf 35 V/W zu erreichen. Schon mit 25 thermoelektrischen Einzelpaaren
gelingt es, unter geeigneter Schutzgasfüllung Empfindlichkeiten vom Typ 50 V/W zu erreichen. Es sei betont,
daß es ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt, nicht jedem Thermoschenkel das erfindungsgemäße Verhältnis von
Schenkellänge zu Schenkelbreite zu geben. Es kann sich z. B. aus Kontakt!erungsgründen erforderlich machen, einen
kleinen Teil der Thermoschenkel anders zu dimensionieren. Wesentlich ist, daß dem überwiegenden Teil der Thermoschenkel
das erfindungsgemäße Verhältnis gegeben ist. Im Verhältnis
zur erreichbaren Empfindlichkeitssteigerung ist der technologische Herstellungsaufwand relativ gering.
/Γ- Ρ 1068
r SA38764
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:
Ein als Dünnschichtthermosäule konzipierter thermoelektrischer Detektor vom Aufhängetyp besteht aus einem Grundkörper,
in dessen Zentrum sich eine Öffnung befindet, die von einer dünnen Substratfolie überspannt ist, auf der eine
Vielzahl von einzelnen thermoelektrischen Paarungen angeordnet ist, die jeweils aus zwei Thermoschenkeln bestehen
und insgesamt die Thermosäule bilden.
Die Terhmoschenkel sind radialsymmetrisch abwechselnd so angeordnet, daß sie von dem äußeren, auf dem Grundkörper
aufliegenden Teil der Substratfolie zu deren inneren, freitragend aufgespannten Teil bzw. in umgekehrter Richtung
führen, wobei sie an ihren Endstellen jeweils in einer thermoelektrisch wirksamen Kontaktstelle mit dem nächstfolgenden
Thermoschenkel oder am Anfang und Ende der Thermosäule mit deren elektrischen Anschlußträgern verbunden sind,
Die Kontaktstellen zweier benachbarter Thermoschenkel liegen bei dieser Anordnung abwechselnd auf dem freitragend
aufgespannten Teil der Substratfolie, wo sie der Meßstrahlung ausgesetzt sind, und auf dem aufliegenden Teil
der Substratfolie, wo sie durch das Detektorgehäuse vor
Meßstrahlung geschützt sind. Die der Meßstrahlung ausgesetzten "warmen" Kontaktstellen sind in einem Abstand
von 0,565 mm, die vor Meßstrahlung geschützten "kalten" Kontaktstellen in einem Abstand von 1 mm vom Mittelpunkt
des Detektorsystems angeordnet, so daß alle Thermoschenkel eine Länge von 0,435 mm aufweisen. Die ringförmige Linie,
die die warmen Kontaktstellen in ihrer Gesamtheit bilden, umgrenzt die wirksame, der Meßstrahlung ausgesetzte Empfängerfläche
vom 1mm2 nach außen hin.
Die Termosäule besteht aus 50 Einzelthermoelementen, wobei
die Thermoschenkel beider Materialien der verwendeten Materialpaarung Antimon/Wismut eine Breite von 0,016 mm
-S £ " ' P 1068
haben, so daß das Verhältnis von Länge zu Breite der Thermoschenkel jeweils 27 beträgt. Sie Schichtdicken der
Materialpaarungen sind derart festgelegt, daß beide Schenkel eines Thermopaares etwa den gleichen Wärmeleitwert
aufweisen.
Der Vorteil der Thermosäule besteht darin, daß ihre
Empfindlichkeit mit 100 V/W größer als die bekannter Thermosäulen ist, wobei die Anordnung von 50 Einzelthermoelementen
mit 0,016 mm Schenkelbreite unter Verwendung bekannter fotolithografischer Verfahren mit einem vergleichsweise
geringen ökonomischen Aufwand realisiert ist. Beim Betrieb eines vorgeschlagenen thermoelektrischen Detektors
ergeben sich keine Besonderheiten gegenüber bekannten Detektoren.
Claims (2)
- P 1068Erfindungsanspruch1♦ Thermoelektrischer Detektor vom Aufhängetyp unter Normaldruckgasfüllung unter Verwendung von Dünnschlchtthermosäulen mit einer detektiven Fläche in der Größenordnung von einem Quadratmillimeter, gekennzeichnet dadurch, daß Schenkelpaarungen mit untereinander größenordnungsmäßig vergleichbaren Wärmeleitwerten eingesetzt sind und eine Mindestanzahl von 25 thermoelektrischen Paarungen über der detektiven Fläche angeordnet ist, wobei den Thermoschenkeln ein Verhältnis von Schenkellänge zu Schenkelbreite von mindestens 20 gegeben ist.
- 2. Thermoelektrischer Detektor nach Punkt 1, g e k e η η zeichnet dadurch, daß bei Einhaltung einer Hindestanzahl von 25 thermoelektrische!! Paarungen den Thermoschenkeln ein Verhältnis von Schenkellänge zu Schenkelbreite zwischen 20 und 30 gegeben ist.3· Thermoelektrischer Detektor nach Punkt 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, daß bei Einhaltung einer Mindestanzahl von 25 thermoelektrischen Paarungen den Thermoschenkeln ein Verhältnis von Schnekellänge zu Schenkelbreite von 27 gegeben ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD83257533A DD221604A1 (de) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | Thermoelektrischer detektor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3438764A1 true DE3438764A1 (de) | 1985-06-13 |
Family
ID=5552605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843438764 Withdrawn DE3438764A1 (de) | 1983-12-06 | 1984-10-23 | Thermoelektrischer detektor |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4665276A (de) |
JP (1) | JPS6122676A (de) |
DD (1) | DD221604A1 (de) |
DE (1) | DE3438764A1 (de) |
GB (1) | GB2154367B (de) |
HU (1) | HUT36613A (de) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4969956A (en) * | 1989-12-19 | 1990-11-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Transparent thin film thermocouple |
US5059543A (en) * | 1990-09-21 | 1991-10-22 | The Board Of Regents Acting For And On Behalf Of The University Of Michigan | Method of manufacturing thermopile infrared detector |
US5393351A (en) * | 1993-01-13 | 1995-02-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Multilayer film multijunction thermal converters |
KR960006241B1 (ko) * | 1993-11-20 | 1996-05-11 | 국방과학연구소 | p-n 전이방지 특성을 갖는 Bi₂Te₃계 열전재료 조성물 |
US5474619A (en) * | 1994-05-04 | 1995-12-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Thin film high temperature silicide thermocouples |
DE19732078C1 (de) * | 1997-07-25 | 1999-01-07 | Inst Physikalische Hochtech Ev | Miniaturisierter thermoelektrischer Dünnschichtdetektor |
DE19752208A1 (de) * | 1997-11-25 | 1999-06-02 | Bosch Gmbh Robert | Thermischer Membransensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP1039280B1 (de) | 1999-03-24 | 2010-05-12 | Ishizuka Electronics Corp. | Thermosäulenartiger Infrarotsensor und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
US6072165A (en) * | 1999-07-01 | 2000-06-06 | Thermo-Stone Usa, Llc | Thin film metal/metal oxide thermocouple |
US6327841B1 (en) * | 1999-11-16 | 2001-12-11 | Utilx Corporation | Wire rope lubrication |
DE10320357B4 (de) * | 2003-05-07 | 2010-05-12 | Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg | Strahlungssensor, Wafer, Sensorarray und Sensormodul |
US20070144401A1 (en) * | 2003-08-21 | 2007-06-28 | Harris Kenneth M P | Slurriers containing iron compound used in the casting of metals |
US20050150537A1 (en) * | 2004-01-13 | 2005-07-14 | Nanocoolers Inc. | Thermoelectric devices |
US20070212263A1 (en) * | 2004-03-17 | 2007-09-13 | Nat. Inst. Of Adv. Industrial Sci. And Tech. | Micro Thermoelectric Type Gas Sensor |
US20060076046A1 (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-13 | Nanocoolers, Inc. | Thermoelectric device structure and apparatus incorporating same |
US8348504B2 (en) | 2010-05-12 | 2013-01-08 | Wireless Sensor Technologies, Llc | Wireless temperature measurement system and methods of making and using same |
GB2521475A (en) * | 2013-12-22 | 2015-06-24 | Melexis Technologies Nv | Infrared thermal sensor with beam without thermocouple |
GB2521476A (en) | 2013-12-22 | 2015-06-24 | Melexis Technologies Nv | Infrared thermal sensor with good SNR |
GB2521474A (en) * | 2013-12-22 | 2015-06-24 | Melexis Technologies Nv | Infrared thermal sensor with beams having different widths |
US10263424B2 (en) * | 2014-04-02 | 2019-04-16 | Leddynamics, Inc. | Energy management system for controlling energy to a load powered by a thermoelectric module |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1137875B (de) * | 1959-09-22 | 1962-10-11 | Philips Nv | Thermoelementanordnung mit einem oder mehreren Thermoelementen |
DE1648227A1 (de) * | 1966-05-02 | 1972-04-06 | Hughes Aircraft Co | Waermestrahlungsdetektor |
DE2142713A1 (de) * | 1970-08-27 | 1972-04-20 | Agronomique Inst Nat Rech | Pyranometer |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2422273A (en) * | 1942-11-28 | 1947-06-17 | Brown Instr Co | Lens type radiation pyrometer |
US2561077A (en) * | 1946-04-04 | 1951-07-17 | Honeywell Regulator Co | Radiation pyrometer |
US2696117A (en) * | 1950-06-24 | 1954-12-07 | Honeywell Regulator Co | Radiation pyrometer |
US3424624A (en) * | 1965-05-25 | 1969-01-28 | Barnes Eng Co | Thermopile radiation detector system |
GB1381001A (en) * | 1972-03-04 | 1975-01-22 | Sensors Inc | Thermal radiation sensors |
FR2213492B1 (de) * | 1972-10-09 | 1975-03-28 | Sodern | |
US4111717A (en) * | 1977-06-29 | 1978-09-05 | Leeds & Northrup Company | Small-size high-performance radiation thermopile |
DE2733071A1 (de) * | 1977-07-21 | 1979-02-08 | Siemens Ag | Anordnung mit mehreren thermoelementen in reihenschaltung |
JPS58112377A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 半導体熱電対 |
-
1983
- 1983-12-06 DD DD83257533A patent/DD221604A1/de unknown
-
1984
- 1984-10-23 DE DE19843438764 patent/DE3438764A1/de not_active Withdrawn
- 1984-11-14 HU HU844245A patent/HUT36613A/hu unknown
- 1984-11-15 US US06/671,664 patent/US4665276A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-29 GB GB08430158A patent/GB2154367B/en not_active Expired
- 1984-12-03 JP JP59255563A patent/JPS6122676A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1137875B (de) * | 1959-09-22 | 1962-10-11 | Philips Nv | Thermoelementanordnung mit einem oder mehreren Thermoelementen |
DE1648227A1 (de) * | 1966-05-02 | 1972-04-06 | Hughes Aircraft Co | Waermestrahlungsdetektor |
DE2142713A1 (de) * | 1970-08-27 | 1972-04-20 | Agronomique Inst Nat Rech | Pyranometer |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DE-Z: ATM (Okt. 1940), J 2404-1, S.T 115-116 * |
DE-Z: Feinwerktechnik u. Meßtechnik 84, (1976), H. 2, S. 58 * |
DE-Z: Zeitschrift für angewandte Physik, III. Bd.,H. 12(1951), S. 467-477 * |
Z: Elektro-Optical Systems Design, Sept. 1979, S. 37-44, Wollmann, L.R. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB8430158D0 (en) | 1985-01-09 |
JPS6122676A (ja) | 1986-01-31 |
DD221604A1 (de) | 1985-04-24 |
HUT36613A (en) | 1985-09-30 |
GB2154367A (en) | 1985-09-04 |
GB2154367B (en) | 1988-02-24 |
US4665276A (en) | 1987-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3438764A1 (de) | Thermoelektrischer detektor | |
DE69409257T2 (de) | Integrierte silizium-vakuum-mikropackung für infrarot-geräte | |
DE68928739T2 (de) | Detecteur d'humidite | |
EP3472583A1 (de) | Thermopile infrarot einzelsensor für temperaturmessungen oder zur gasdetektion | |
DE69210497T2 (de) | Infrarotdetektoren | |
EP1296122B1 (de) | Sensor zum berührungslosen Messen einer Temperatur | |
DE2806858C2 (de) | ||
DE69031501T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Lichtmessung unter Verwendung eines Supraleiters | |
DE3310643C2 (de) | Drucksensor | |
WO1998041828A1 (de) | Thermopile-sensor und strahlungsthermometer mit einem thermopile-sensor | |
DE3413829C2 (de) | ||
EP0179828A1 (de) | Grossflächiger halbleiterstrahlungsdetektor niedriger kapazität. | |
DE2017067B2 (de) | Pyroelektrischer Detektor | |
DE3408724C2 (de) | ||
DE112014001833T5 (de) | Halbleiterphotosensor für Infrarotstrahlung | |
DE19605384C1 (de) | Thermoelektrischer Sensor | |
DE4091364C1 (de) | ||
DE4208135A1 (de) | Vorrichtung zur messung einer gas- oder fluessigkeitsstroemung | |
DE19615244B4 (de) | Sensor zur strahlungspyrometrischen Messung bei hoher Umgebungstemperatur | |
DE2142610B2 (de) | Vorrichtung zur Messung der vom Erd boden und von Pflanzen absorbierten Son | |
EP3671195A1 (de) | Thermoresistiver gassensor | |
DE19732078C1 (de) | Miniaturisierter thermoelektrischer Dünnschichtdetektor | |
DE19833391C2 (de) | Thermoelektrisches Sensorsystem und Herstellungsverfahren | |
DE3822164A1 (de) | Waermestromsensor | |
DE69830622T2 (de) | Mit einem schlangenartigen spannungsausgleichenden element versehenes bolometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TRIDELTA AG, O-6530 HERMSDORF, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TRIDELTA GMBH, 07629 HERMSDORF, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |