냉각 된 열 코어를 만드는 데 어떤 재료가 사용됩니까?
냉각 된 열 코어의 주요 공급 업체로서, 나는 종종 이러한 정교한 구성 요소를 만드는 재료에 대해 질문을받습니다. 냉각 된 열 코어는미니 열 카메라,,,냉각 된 IR 카메라, 그리고냉각 된 열 카메라 모듈. 시공에 사용 된 자료를 이해하는 것은 기능과 한계를 이해하는 데 중요합니다.
반도체 재료
냉각 된 열 코어에서 가장 중요한 재료 중 하나는 검출기 어레이에 사용되는 반도체 재료입니다. 사용되는 두 가지 주요 유형의 반도체 재료는 MCT (Mercury Cadmium Telluride)와 인듐 앤티 모니드 (INSB)입니다.
머큐리 카드뮴 텔루 라이드 (MCT)
MCT는 화학적 공식 hg₁₋ₓcdₓte를 갖는 3 배 합금 반도체이다. 밴드 갭은 카드뮴 (CD) 두더지 분획의 값을 변경하여 정확하게 조정할 수 있기 때문에 매우 다재다능합니다. 이 조정 성을 사용하면 MCT 검출기는 중간 파동 적외선 (MWIR, 3-5 μm) 및 긴 파동 (LWIR, 8-12 μm) 영역을 포함하여 다른 적외선 스펙트럼 대역에서 작동 할 수 있습니다.
MCT의 주요 장점은 높은 탐지성이며, 이는 매우 적은 양의 적외선 방사선을 감지 할 수 있음을 의미합니다. 이로 인해 군사 감시, 과학 연구 및 산업 검사와 같은 민감도가 높은 응용 프로그램에 적합합니다. 그러나 MCT 검출기는 다른 재료에 비해 제조 비용이 더 비쌉니다. 그들은 매우 낮은 작동 온도, 일반적으로 약 77k (-196 ° C)가 필요하므로 극저온 냉각 시스템의 사용이 필요합니다.
인듐 안티 모니 드 (ESB)
INSB는 이진 화합물 반도체입니다. 좁은 밴드 갭이있어 MWIR 지역에서 작동 할 수 있습니다. INSB 검출기는 높은 전자 이동성으로 알려져있어 응답 시간이 빠른 빠른 결과입니다. 이로 인해 미사일 안내 시스템 및 고속 열 화상 카메라와 같은 고속 적외선 이미징이 필요한 응용 분야에 이상적입니다.
INSB 검출기는 MWIR 대역에서 우수한 성능을 제공하며 비교적 높은 양자 효율을 갖습니다. 또한 경우에 따라 MCT 검출기에 비해 비용이 저렴합니다. 그러나 MCT와 마찬가지로 INSB 탐지기도 최적의 성능을 달성하기 위해 약 77K로 저온으로 냉각되어야합니다.
광학 재료
검출기 재료 이외에, 냉각 된 열 코어의 광학 성분은 특정 재료에 의존하여 적외선 방사선을 전달하고 초점화합니다.
게르마늄 (GE)
게르마늄은 적외선 광학에서 널리 사용되는 광학 물질입니다. 적외선 영역에서 고화제 지수를 가지므로 작고 효율적인 광학 시스템을 설계 할 수 있습니다. 게르마늄 렌즈는 탐지기 어레이에 적외선 방사선에 초점을 맞출 수 있습니다.
게르마늄의 도전 중 하나는 가시 광선의 높은 흡수입니다. 이는 반사 손실을 줄이고 적외선 방사선의 전체 전달을 향상시키기 위해 독일 렌즈가 반사 방지 (AR) 코팅으로 코팅되어야 함을 의미합니다. 또한, 게르마늄은 비교적 높은 열 확장 계수를 가지므로 온도 변화에 따른 광학 특성의 변화를 유발할 수 있습니다.
아연 셀레 나이드 (Znse)
Znse는 적외선 응용을위한 또 다른 중요한 광학 물질입니다. MWIR 및 LWIR 지역에서 투명성이 우수합니다. Znse 렌즈는 종종 고급 전력 레이저 시스템 및 열 화상 카메라에 사용됩니다. 상당한 손상없이 고 에너지 적외선 방사선을 견딜 수 있기 때문입니다.
ZNSE는 게르마늄에 비해 굴절률이 낮으며 일부 광학 설계에서는 이점이 될 수 있습니다. 또한 경우에 따라 게르마늄보다 열 안정성이 우수합니다. 그러나 Znse는 게르마늄보다 비싸기 때문에 비교적 부드럽고 부서지기 쉬운 특성으로 인해 신중한 취급이 필요합니다.
포장 재료
냉각 된 열 코어의 검출기 및 광학 성분은 적절한 패키지로 보호되고 보관해야합니다. 포장 재료는 시스템의 무결성을 유지하고 적절한 작동을 보장하는 데 중요한 역할을합니다.
세라믹 패키지
세라믹 재료는 일반적으로 냉각 된 열 코어 포장에 사용됩니다. 세라믹에는 열 및 전기 절연 특성이 우수합니다. 그들은 외부 기계적 충격과 수분 및 먼지와 같은 환경 적 요인으로부터 탐지기를 보호 할 수 있습니다.
세라믹 패키지는 오염 물질의 유입을 방지하기 위해 밀폐 씰로 설계 될 수 있습니다. 또한 탐지기 및 기타 구성 요소를 장착하기위한 안정적인 플랫폼을 제공합니다. 또한, 세라믹은 금속화되어 탐지기와 외부 회로 사이의 전기적 연결을 용이하게 할 수있다.
금속 패키지
금속 패키지는 일부 응용 분야에서도 사용됩니다. 알루미늄 및 스테인레스 스틸과 같은 금속은 우수한 기계적 강도를 제공하며 전자기 차폐를 제공 할 수 있습니다. 그들은 종종 열 코어를 가혹한 환경과 전자기 간섭으로부터 보호 해야하는 군사 및 산업 응용 분야에서 사용됩니다.
그러나 금속 패키지는 열 전도 문제를 피하기 위해 신중하게 설계되어야합니다. 제대로 절연되지 않으면 금속은 검출기에 열을 전도하여 성능을 저하시킬 수 있습니다.
냉각 시스템 재료
냉각 된 열 코어는 검출기의 낮은 작동 온도를 유지하기 위해 극저온 냉각 시스템이 필요합니다. 이 냉각 시스템에 사용 된 재료는 또한 적절한 기능에 필수적입니다.
극저온 냉각제
냉각 된 열 코어에 사용되는 가장 흔한 극저온 냉각수는 액체 질소 (LNI)입니다. LN point의 비등점은 77K (-196 ° C)이며, 이는 MCT 및 INSB 검출기를 냉각시키는 데 적합합니다. 비교적 저렴하고 널리 이용 가능합니다.
LNAL은 극저온 탈수에 저장되며, 이는 열 전달을 최소화하고 액체 질소의 빠른 증발을 방지하도록 설계된 절연 용기입니다. 그러나 LNA의 사용에는 정기적 인 리필이 필요하며 일부 응용 분야에서는 불편할 수 있습니다.
LNA 외에도 일부 고급 냉각 시스템은 기계식 냉각기를 사용합니다. 이 cryocoolers는 스털링 사이클의 원리 또는 맥박 - 튜브 사이클에서 작동합니다. 기계식 동결 냉각제에 사용되는 재료에는 압축기 구성 요소를위한 높은 강도 금속과 절연을위한 저 열전도성 재료가 포함됩니다.
결론
냉각 된 열 코어를 만드는 데 사용되는 재료는 다양한 적외선 이미징 응용 분야의 특정 요구 사항을 충족시키기 위해 신중하게 선택됩니다. 반도체 재료, 광학 재료, 포장재 및 냉각 시스템 재료는 모두 열 코어의 성능, 비용 및 신뢰성을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.
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참조
- Rogalski, A. (2011). 적외선 탐지기 : 상태 및 추세. 적외선, 밀리미터 및 Terahertz Waves, 32 (1), 1-105.
- Hanson, CM (2009). 적외선 검출기 및 시스템. 스파이 프레스.
- Smith, DY (2002). 적외선 검출기 및 방출기 : 재료 및 장치. CRC 프레스.
