[发明专利]一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置

摘要

本发明是一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，利用InGaAs阴极与金属封接环的电气连接和导热特性，半导体致冷片通过金属散热片以及与之紧贴的金属封接环对InGaAs阴极进行有效致冷，而半导体致冷片热面的散热通过金属散热器和风扇或水循环装置进行。优点：在器件实际工作过程中，InGaAs阴极处热量可依次通过阴极金属封接环、金属散热片、半导体致冷片、金属散热器、风扇或水循环装置有效传导散出，一方面能显著降低器件常温工作时的暗发射水平，另一方面在高温工作环境下可显著抑制由于阴极暗发射提高而导致的器件整管暗电流的急剧增加，从而扩大器件高温工作范围。

主权项

1.一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，包括InGaAs阴极、光窗玻璃、金属封接环、金属散热片、半导体致冷片、金属散热器、风扇或水循环装置、绝缘硅胶，其特征在于：利用InGaAs阴极与金属封接环的电气连接和导热特性，半导体致冷片通过金属散热片以及与之紧贴的金属封接环对InGaAs阴极进行有效致冷，而半导体致冷片热面的散热通过金属散热器和风扇或水循环装置进行；所述半导体致冷片的冷面应紧贴金属散热片，热面应紧贴金属散热器，而且半导体致冷片与金属散热片之间、以及半导体致冷片与金属散热器之间涂覆导热硅酯，以确保良好的导热功能；若金属封接环真空外部的接触面积大则可以省略金属散热片与半导体致冷片直接紧贴；所述InGaAs阴极与金属封接环的电气连接和导热特性是通过光窗玻璃外边缘金属电极实现，该电极材料为镍、铬、铜、金；所述的金属散热片和金属散热器需采用导热性能良好的铜或铝金属材料制作，为了有效确保半导体致冷片的工作效率，它们的外围直径应大于光窗玻璃和半导体致冷片的外径；所述的金属散热片、半导体致冷片、金属散热器均需设计成中孔结构，而风扇或水循环装置的安装也应避开阴极有效区域，以确保探测器正常工作时光信号能正常入射光电阴极；所述的金属散热片、半导体致冷片、金属散热器连接处内外围需涂覆≥2mm厚的绝缘硅胶，以防止半导体致冷片凝水造成金属封接环和金属散热片上的高压与金属散热器上低压之间打火；所述的半导体致冷片允许多块级联以增强制冷能力，级联时半导体致冷片的冷面需通过导热硅酯紧贴相邻半导体致冷片的热面；其制作方法，包括如下步骤：以Φ10mm有效直径的InGaAs阴极光电倍增管致冷装置：（1）按照光窗玻璃和金属封接环的尺寸加工金属散热片，其外径Φ32mm，中孔内径Φ10mm，以确保光信号能正常入射Φ10mm的阴极有效面；台阶以紧配合方式分别卡住光窗玻璃和金属封接环的外径，高度2~5mm；所用材料为导热性能良好的紫铜；（2）加工铝质散热器，尺寸：36×36×36mm，采用肋片结构以扩大散热面积，齿高33mm，齿厚1.7mm，齿间距2mm，中孔Φ10mm，以确保光信号能正常入射Φ10mm的阴极有效面；采购内径Φ10mm，外径Φ26mm，厚度3.6mm的环行致冷片，并在两端面涂覆导热硅酯后将其冷面紧贴金属散热片，热面紧贴金属散热器；（3）在金属散热器侧边缘安装高送风量风扇，通过风扇四周螺丝将其固定在金属散热器上；（4）在金属散热片、半导体致冷片和金属散热器连接处内外围涂覆≥2mm厚的绝缘硅胶，以防止半导体致冷片凝水所导致的高压打火现象；致冷装置正常工作时，分别为半导体致冷片和风扇提供电源；其中，半导体致冷片最大工作电压5.78V，最大工作电流3A，风扇额定工作电压12V，电流0.1A；开展相关温度试验表明，在常温状态下，该装置的工作能使光电阴极暗发射降低至少一个量级；在50℃高温状态下，该装置能使光电阴极暗发射维持在常温水平；在器件实际工作过程中，InGaAs阴极处热量可依次通过金属封接环、金属散热片、半导体致冷片、金属散热器、风扇或水循环装置有效传导散出，一方面能显著降低器件常温工作时的暗发射水平，另一方面在高温工作环境下可显著抑制由于阴极暗发射提高而导致的器件整管暗电流的急剧增加，从而扩大器件高温工作范围。