JPS5940780Y2 - 冷却型光電変換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、冷却型光電変換装置特にその光電変換素子の
ヒートサイクルによる破損を防止した取付は構造に関す
る。

赤外線検出用の半導体素子は既知のように液体窒素、液
体ヘリウムなどで冷却して使用し、また素子の厚みを薄
くして高感度を得ている。

そこで７７°Ｋ（液体窒素温度）などの低温で使用する
半導体素子は従来ダイヤモンド、サファイヤ、ベリリヤ
等の基板に素子を接着剤で貼り付け、電極を取付け、基
板裏面または局面から素子を冷却するという方式をとっ
ていた。

第１図はその一例を示し、１は光導電性を示す半導体素
子、２，３は該素子２０両端に取付けた電極リード線、
５はサファイヤ基板でこの基板に半導体素子１を電気絶
縁性の接着剤４により取付ける。

冷却は液体窒素などで、矢印により示すように基板裏側
から行なう。

しかしこのような方式では、半導体素子１と基板５の熱
膨張係数が非常に近いことが必要である。

膨張係数が異なるとヒートサイクル、つまり使用時に加
える冷却、使用終了時の常温への復帰で半導体素子１は
大きな熱歪みを反復して加えられ、素子にひび割れが入
り、また大きな歪みを受けて特性が劣化してしまう。

ダイオード型の素子の場合は基板に該素子をインジウム
（Ｉｎ） で固着し、電流を半導体素子、インジウム
、基板の経路で流すという様な方法をとり、この場合イ
ンジウムは軟かい金属なので熱膨張率に差があっても半
導体素子薄片にひび割れが入るようなことはない。

れに対して光導電型の半導体素子の場合は素子薄片の主
表面と平行な方向に通電し、基板とは絶縁するので、素
子薄片を基板にインジウムで接続するという様な方法は
採用できない。

このため多元半導体のように膨張係数の非常に大きなも
のでは適当な基板がなく、第２図に示すように電極リー
ド線２，３で素子を宙すりにすることが考えられたが、
これでは冷却効率が著しく悪化する。

本考案はか＼る点を改善し、半導体素子にひび割れが入
る恐れがなく、また冷却も充分行なえる光電変換装置を
提供しようとするものである。

本考案は二重筒からなる魔法びん構造の冷却用遮熱容器
の外筒の一部に赤外線透過窓を設け、該赤外線透過窓に
対向する内筒の一部に銅ブロックを介して多元半導体よ
りなるｐｎ接合を有しない光導電型光電変換素子を、同
種の多孔半導体をはさんで絶縁性接着材により固着して
なることを特徴とするが、次に実施例につきこれを詳細
に説明する。

第３図は本考案の実施例を示す。

１は熱膨張率の大きい多元半導体例えばセレン化鉛（Ｐ
ｂＳｅ）からなる光導電性半導体素子、５は取付基板で
あるが、同じ材料のＰｂ５ｅで作り、この基板５に半導
体素子１を絶縁性接着剤例えばエポキシ樹脂４で接着し
、半導体素子１０両端には電極リード線２．３をボンデ
ィングする。

基板５は銅（Ｃｕ）ブロック６にインジウム（Ｉｎ）な
どを介して固着すれ、この銅ブロック６が液体窒素、液
体ヘリウムなどの冷却剤または電子冷凍器などの冷却手
段により冷却される。

素子１の厚みは薄い方が感度がよいので、例えば１０μ
ｍという様な極めて薄い薄片にされ、そして取付基板５
は適当な機械的強度を接つように例えば１＋ｏ＋＋程度
の厚みにされる。

接着剤４としてエポキシ樹脂を用いると、これは、電気
的には全く絶縁材であるから半導体素子１を流れる電流
が取付基板５へ漏れることはなく、取付基板５の導電度
に関係なく絶縁体を用いた場合と同様な効果が得られる
。

またエポキシ樹脂は弾性があるので薄い素子１と基板５
との接着に好適である。

即ち接着剤が剛性のものであると、この接着剤と半導体
素子および基板の熱膨張の差が問題になるが、弾性ある
接着剤ではか＼る問題は生じない。

一般に有機高分子物質は弾性を有するのでこの目的に適
する。

このような構造によれば半導体素子１とその取付基板５
の構成材料が同一であるので熱膨張率は同じであり、従
って素子１が薄片であっても加熱釦よび冷却で破損する
ようなことはなく、また歪みにより特性が劣化するよう
なこともない。

第４図は本考案実施例を示し、１０は魔法びんなどの遮
熱容器で内部を真空にした二重筒からなり、内筒１０ａ
に液体窒素１１を収容し、内筒底部にはカップ状の銅ブ
ロック１２がコパール（Ｋｏｖａｒ）などの金属１５に
より取付けられる。

銅ブロック１２の下面にはインジウム層１４を介して取
付基板５が固着され、この基板に半導体素子１を接着剤
４により接着する。

半導体素子１に取付けた電極リード線２，３は二重筒内
部の真空中を通っていの筒端１０ｃ、１０ｄから外部へ
引出される。

二重筒１０の外筒１０ｂの底部には、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）の薄板などからなる赤外線透過窓１３が取付けられ
る。

この装置では液体窒素１１により銅ブロック１２が冷却
され、この銅ブロックにより半導体素子１がインジウム
層１４、基板５、接着剤４を介して冷却され、窓１３か
ら入射する赤外線により半導体素子１は導電度を変え、
これがリード線２，３を介して外部回路により検出され
る。

以上の説明から明らかなように本考案では同種材料又は
熱膨張率のほぼ等しい材料の一方を素子として、他方を
その基板として用い、両者間は電気絶縁性の有機接着剤
により接着したので、冷却、加熱を繰り返しても熱膨張
率は同一であるから素子薄片が破損することはなく、か
つ熱歪みおよび絶縁性の点でも問題はないから電気的特
性が悪化することもない。

上記の実施例では半導体素子としてＰｂ５ｅを用いたが
勿論本考案はこれに限るものではなくＰｂＴｅ、５ｎＴ
ｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓなど熱膨張係数が大きい任
意の半導体素子に適用して効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の光電変換装置の例を示す説
明図、第３図は本考案の原理説明図、第４図は本考案の
実施施を示す概略断面図ごある。 図面で１は半導体素子、５は基板、１０．１２は冷却手
段、４は接着剤である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 二重筒からなる魔法びん構造の冷却用遮熱容器の外筒の
   一部に赤外線透過窓を設け、該赤外線透過窓に対向する
   内筒の一部に銅ブロックを介して多元半導体よりなるｐ
   ｎ接合を有しない光導電型光電変換素子を、同種の多元
   半導体をはさんで絶縁性接着材により固着してなること
   を特徴とする冷却型光電変換装置。