[發明專利]一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置

有效

• 申請號: 201610904788.8
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106568230B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 楊杰;王旺平;趙文錦
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

1.一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置，包括InGaAs陰極、光窗玻璃、金屬封接環、金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器、風扇或水循環裝置、絕緣硅膠，其特征在于：利用InGaAs陰極與金屬封接環的電氣連接和導熱特性，半導體致冷片通過金屬散熱片以及與之緊貼的金屬封接環對InGaAs陰極進行有效致冷，而半導體致冷片熱面的散熱通過金屬散熱器和風扇或水循環裝置進行；

所述半導體致冷片的冷面應緊貼金屬散熱片，熱面應緊貼金屬散熱器，而且半導體致冷片與金屬散熱片之間、以及半導體致冷片與金屬散熱器之間涂覆導熱硅酯，以確保良好的導熱功能；若金屬封接環真空外部的接觸面積大則可以省略金屬散熱片與半導體致冷片直接緊貼；

所述InGaAs陰極與金屬封接環的電氣連接和導熱特性是通過光窗玻璃外邊緣金屬電極實現，該電極材料為鎳、鉻、銅、金；

所述的金屬散熱片和金屬散熱器需采用導熱性能良好的銅或鋁金屬材料制作，為了有效確保半導體致冷片的工作效率，它們的外圍直徑應大于光窗玻璃和半導體致冷片的外徑；

所述的金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器均需設計成中孔結構，而風扇或水循環裝置的安裝也應避開陰極有效區域，以確保探測器正常工作時光信號能正常入射光電陰極；

所述的金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器連接處內外圍需涂覆≥2mm厚的絕緣硅膠，以防止半導體致冷片凝水造成金屬封接環和金屬散熱片上的高壓與金屬散熱器上低壓之間打火；

所述的半導體致冷片允許多塊級聯以增強制冷能力，級聯時半導體致冷片的冷面需通過導熱硅酯緊貼相鄰半導體致冷片的熱面；

其制作方法，包括如下步驟：

以Φ10mm有效直徑的InGaAs陰極光電倍增管致冷裝置：

（1）按照光窗玻璃和金屬封接環的尺寸加工金屬散熱片，其外徑Φ32mm，中孔內徑Φ10mm，以確保光信號能正常入射Φ10mm的陰極有效面；臺階以緊配合方式分別卡住光窗玻璃和金屬封接環的外徑，高度2~5mm；所用材料為導熱性能良好的紫銅；

（2）加工鋁質散熱器，尺寸：36×36×36mm，采用肋片結構以擴大散熱面積，齒高33mm，齒厚1.7mm，齒間距2mm，中孔Φ10mm，以確保光信號能正常入射Φ10mm的陰極有效面；采購內徑Φ10mm，外徑Φ26mm，厚度3.6mm的環行致冷片，并在兩端面涂覆導熱硅酯后將其冷面緊貼金屬散熱片，熱面緊貼金屬散熱器；

（3）在金屬散熱器側邊緣安裝高送風量風扇，通過風扇四周螺絲將其固定在金屬散熱器上；

（4）在金屬散熱片、半導體致冷片和金屬散熱器連接處內外圍涂覆≥2mm厚的絕緣硅膠，以防止半導體致冷片凝水所導致的高壓打火現象；

致冷裝置正常工作時，分別為半導體致冷片和風扇提供電源；其中，半導體致冷片最大工作電壓5.78V，最大工作電流3A，風扇額定工作電壓12V，電流0.1A；開展相關溫度試驗表明，在常溫狀態下，該裝置的工作能使光電陰極暗發射降低至少一個量級；在50℃高溫狀態下，該裝置能使光電陰極暗發射維持在常溫水平；

在器件實際工作過程中，InGaAs陰極處熱量可依次通過金屬封接環、金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器、風扇或水循環裝置有效傳導散出，一方面能顯著降低器件常溫工作時的暗發射水平，另一方面在高溫工作環境下可顯著抑制由于陰極暗發射提高而導致的器件整管暗電流的急劇增加，從而擴大器件高溫工作范圍。