Soğutulmuş termal çekirdekleri yapmak için hangi malzemeler kullanılır?
Soğutulmuş termal çekirdeklerin önde gelen bir tedarikçisi olarak, genellikle bu sofistike bileşenleri yapmaya giden malzemeler hakkında sorulur. Soğutulmuş termal çekirdekler, birçok yüksek performanslı termal görüntüleme cihazının kalbindedir, örneğinMini Termal Kamera-Soğutulmuş IR kamera, VeSoğutulmuş Termal Kamera Modülü. Yapımlarında kullanılan malzemeleri anlamak, yeteneklerini ve sınırlamalarını takdir etmek için çok önemlidir.
Yarı iletken malzemeler
Soğutulmuş termal çekirdeklerdeki en kritik malzemelerden biri, dedektör dizisi için kullanılan yarı iletken malzemedir. Kullanılan iki ana yarı iletken malzeme türü, cıva kadmiyum tellurid (MCT) ve indiyum antimonid (INSB) 'dir.
Merkür kadmiyum tellurid (MCT)
MCT, kimyasal formül Hg₁₋ₓcdₓte'ye sahip üçlü alaşım yarı iletkendir. Çok yönlüdür, çünkü bant aralığı, kadmiyum (CD) köstebek fraksiyonu olan X değerini değiştirerek tam olarak ayarlanabilir. Bu ayarlanabilirlik, MCT dedektörlerinin orta dalga kızılötesi (MWIR, 3 - 5 μm) ve uzun dalga kızılötesi (LWIR, 8 - 12 μm) bölgeleri dahil olmak üzere farklı kızılötesi spektral bantlarda çalışmasına izin verir.
MCT'nin ana avantajı yüksek saptayışıdır, yani çok az miktarda kızılötesi radyasyon tespit edebileceği anlamına gelir. Bu, askeri gözetim, bilimsel araştırma ve endüstriyel denetim gibi yüksek hassasiyetin gerekli olduğu uygulamalar için uygun hale getirir. Bununla birlikte, MCT dedektörlerinin üretimi diğer bazı malzemelere kıyasla daha pahalıdır. Kriyojenik soğutma sistemlerinin kullanımını gerektiren çok düşük bir çalışma sıcaklığı gerektirir, tipik olarak 77 K (-196 ° C).
Indium Antimonidler (ESB)
INSB, ikili bir bileşik yarı iletkendir. MWIR bölgesinde çalışmasını sağlayan dar bir bant boşluğuna sahiptir. INSB dedektörleri, hızlı tepki sürelerine neden olan yüksek elektron hareketlilikleri ile bilinir. Bu, füze rehberlik sistemleri ve yüksek hızlı termal görüntüleme kameraları gibi yüksek hızlı kızılötesi görüntüleme gerektiren uygulamalar için idealdir.
INSB dedektörleri MWIR bandında iyi performans sunar ve nispeten yüksek kuantum verimliliğine sahiptir. Ayrıca bazı durumlarda MCT dedektörlerine kıyasla daha düşük bir maliyete sahiptirler. Bununla birlikte, MCT gibi, INSB dedektörlerinin de optimal performans elde etmek için genellikle 77 K civarında düşük sıcaklıklara soğutulması gerekir.
Optik malzemeler
Dedektör malzemelerine ek olarak, soğutulmuş termal çekirdeklerdeki optik bileşenler, kızılötesi radyasyonu iletmek ve odaklamak için spesifik malzemelere de dayanır.
Germanyum (GE)
Germanyum, kızılötesi optiklerde yaygın olarak kullanılan bir optik malzemedir. Kızılötesi bölgede, kompakt ve verimli optik sistemlerin tasarımına izin veren yüksek kırılma indisine sahiptir. Germanyum lensler kızılötesi radyasyonu dedektör dizisine odaklamak için kullanılabilir.
Germanyum ile ilgili zorluklardan biri, görünür ışığın yüksek emilimidir. Bu, yansıma kayıplarını azaltmak ve kızılötesi radyasyonun genel bulaşmasını iyileştirmek için germanyum lenslerin anti -yansıma (AR) kaplamalarla kaplanması gerektiği anlamına gelir. Ek olarak, Germanyum, sıcaklık değişimleri ile optik özelliklerde değişikliklere neden olabilecek nispeten yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir.
Çinko Selenid (Znse)
Znse, kızılötesi uygulamalar için bir başka önemli optik malzemedir. MWIR hem de LWIR bölgelerinde iyi şeffaflığa sahiptir. ZnSE lensleri genellikle yüksek güçlü lazer sistemlerinde ve termal görüntüleme kameralarında kullanılır, çünkü önemli hasar olmadan yüksek enerji kızılötesi radyasyona dayanabilirler.
Znse, bazı optik tasarımlarda bir avantaj olabilecek germanyuma kıyasla daha düşük bir kırılma indisine sahiptir. Ayrıca bazı durumlarda germanyumdan daha iyi termal stabiliteye sahiptir. Bununla birlikte, Znse Germanium'dan daha pahalıdır ve nispeten yumuşak ve kırılgan doğası nedeniyle dikkatli bir şekilde kullanım gerektirir.
Ambalaj malzemeleri
Soğutulmuş termal çekirdeklerdeki dedektör ve optik bileşenlerin korunması ve uygun bir pakete yerleştirilmesi gerekir. Ambalaj malzemeleri, sistemin bütünlüğünün korunmasında ve uygun çalışmasını sağlamada önemli bir rol oynar.
Seramik Paketler
Seramik malzemeler yaygın olarak soğutulmuş termal çekirdekleri paketlemek için kullanılır. Seramikler mükemmel termal ve elektrik yalıtım özelliklerine sahiptir. Dedektörü harici mekanik şoklardan ve nem ve toz gibi çevresel faktörlerden koruyabilirler.
Seramik paketler kirleticilerin girişini önlemek için hermetik contalarla tasarlanabilir. Ayrıca dedektörü ve diğer bileşenleri monte etmek için kararlı bir platform sağlarlar. Ek olarak, dedektör ve harici devre arasındaki elektrik bağlantılarını kolaylaştırmak için seramikler metalize edilebilir.
Metal paketler
Metal paketler de bazı uygulamalarda kullanılır. Alüminyum ve paslanmaz çelik gibi metaller iyi mekanik mukavemet sunar ve elektromanyetik ekranlama sağlayabilir. Genellikle termal çekirdeğin sert ortamlardan ve elektromanyetik parazitten korunması gereken askeri ve endüstriyel uygulamalarda kullanılırlar.
Bununla birlikte, metal paketlerin termal iletim sorunlarını önlemek için dikkatle tasarlanması gerekir. Düzgün yalıtılmadığı takdirde, metal dedektöre ısı yapabilir ve bu da performansını düşürebilir.
Soğutma Sistemi Malzemeleri
Soğutulmuş termal çekirdekler, dedektörlerin düşük çalışma sıcaklıklarını korumak için kriyojenik soğutma sistemlerini gerektirir. Bu soğutma sistemlerinde kullanılan malzemeler de uygun işleyişleri için gereklidir.
Kriyojenik soğutucular
Soğutulmuş termal çekirdeklerde kullanılan en yaygın kriyojenik soğutucu sıvı azot (LN₂). LN₂, soğutma MCT ve INSB dedektörleri için uygun olan 77 K (-196 ° C) kaynama noktasına sahiptir. Nispeten ucuzdur ve yaygın olarak mevcuttur.
LN₂, ısı transferini en aza indirmek ve sıvı azotun hızlı buharlaşmasını önlemek için tasarlanmış yalıtılmış kaplar olan kriyojenik Dewars'ta saklanır. Bununla birlikte, LN₂ kullanımı, bazı uygulamalarda rahatsız edici olabilecek düzenli doldurma gerektirir.
LN₂'ye ek olarak, bazı gelişmiş soğutma sistemleri mekanik kriyokoller kullanır. Bu kriyokoller Stirling döngüsü veya nabız tüp döngüsü prensibi üzerinde çalışır. Mekanik kriyokollerde kullanılan malzemeler arasında kompresör bileşenleri için yüksek mukavemetli metaller ve yalıtım için düşük termal iletkenlik malzemeleri bulunmaktadır.
Çözüm
Soğutulmuş termal çekirdekleri yapmak için kullanılan malzemeler, farklı kızılötesi görüntüleme uygulamalarının özel gereksinimlerini karşılamak için dikkatle seçilir. Yarı iletken malzemeler, optik malzemeler, ambalaj malzemeleri ve soğutma sistemi malzemeleri, termal çekirdeğin performansını, maliyetini ve güvenilirliğini belirlemede önemli roller oynar.
Soğutulmuş termal çekirdeklerin bir tedarikçisi olarak, müşterilerimize titiz ihtiyaçlarını karşılayan ürünler sunmak için en yüksek kaliteli malzemeleri ve en son üretim teknolojilerini kullanmaya kararlıyız. Askeri, bilimsel, endüstriyel veya ticari sektörde olun, soğutulmuş termal çekirdeklerimiz gibiMini Termal Kamera-Soğutulmuş IR kamera, VeSoğutulmuş Termal Kamera Modülü, mükemmel performans ve güvenilirlik sunar.
Soğutulmuş termal çekirdeklerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız veya bir tedarik tartışması başlatmak istiyorsanız, bize ulaşmanızı öneririz. Uzman ekibimiz, özel uygulamanız için en iyi çözümü bulmanıza yardımcı olmaya hazırdır.
Referanslar
- Rogalski, A. (2011). Kızılötesi dedektörler: Durum ve eğilimler. Kızılötesi, milimetre ve terahertz dalgaları dergisi, 32 (1), 1 - 105.
- Hanson, CM (2009). Kızılötesi dedektörler ve sistemler. Spie Press.
- Smith, DY (2002). Kızılötesi dedektörler ve yayıcılar: Malzemeler ve cihazlar. CRC Press.
