DE1140654B

DE1140654B - Fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere fotoelektrisch wirkendes Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE1140654B
Application number: DES63714A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ludwig Grassl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-07-01
Filing date: 1959-07-01
Publication date: 1962-12-06

Description

Fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere foto elektrisch wirkendes Halbleiterbauelement Bei fotoelektrischen Bauelementen besteht vielfach das Bedürfnis, eine Linse vakuumdicht mit dem Rand des Lichtfensters eines das eigentliche Bauelement enthaltenden, insbesondere metallischen Gehäuses zu verbinden. Ferner ist es häufig erwünscht, flächenhafte Lichtquellen auf Unterschiede der Strahlungsstärke abzutasten.
Zur Lösung der ersten Aufgabe ist es bekannt, eine Perle geschmolzenen Glases mit dem Rand des Lichtfensters des Gehäuses zu verschmelzen, wobei das geschmolzene Glas auf Grund seiner Oberflächenspannung eine linsenartige Gestalt annimmt. Im Interesse gleichmäßigerer optischer Eigenschaften ist es jedoch wesentlich günstiger, mit einer fertigen Linse zu arbeiten. Da eine Glasverschmelzung mit einem Metall eine vakuumdichte Verbindung liefert, andererseits aber während der Verbindung mit dem Gehäuse die Linse nicht erweichen oder gar aufschmelzen darf, liegt es auf Grund des bekannten Standes der Technik nahe, eine Linse aus Quarz oder schwer schmelzbarem Hartglas dadurch mit dem Rand der Lichtöffnung des insbesondere aus Metall bestehenden Gehäuses zu verbinden, indem man die Linse mit einem Ring aus einem niederschmelzenden Glas einschmilzt (was, ohne die Linse aufzuschmelzen, möglich ist) und darm den die Linse einbettenden Glasring mit dem Rand des Lichtfensters vakuumdicht verschmilzt.
Zur Lösung der zweiten Aufgabe besteht die Möglichkeit, optische Systeme zu verwenden, die das Verlangte leisten. Ein bekanntes optisches System ist z. B. ein als Lichtleiter dienender Glasstab. Setzt man z. B. zwischen einem die von einer Lichtquelle ausgehenden Strahlen sammelnden Objektiv und einem Empfänger, z. B. einer fotoelektrischen Einrichtung, einen prismatischen Glasstab, so wird das Licht von der der Lichtquelle zugewandten Stirnseite des Glas stabes aufgenommen, durch das Innere des Glasstabes von einem Ende zum anderen geleitet und tritt dort aus dem Stab wieder aus, um von der Linse der fotoelektrischen Anordnung auf die lichtempfindliche Stelle dieser Anordnung konzentriert zu werden.
Wesentlich günstiger ist es, wie gemäß der Erfindung erkannt wurde, wenn die Linse des Fotoelements mit dem Lichtleiter zu einem einzigen Körper vereinigt wird und der den Lichtleiter bildende Teil dieses Körpers konisch oder hornförmig ausgestaltet ist.
Damit wird nicht nur ein erheblicher Gewinn an Strahlungsempfindlichkeit der Anordnung, sondern auch eine bessere Konzentration der Strahlung erreicht und außerdem die Möglichkeit eröffnet, lokale Unterschiede der Strahlung einer ausgedehnten Lichtquelle mit höherer Genauigkeit messend verfolgen zu können, als dies bei Verwendung der bekannten Lichtleiter möglich ist.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere foto elektrisch wirkendes Halbleiterbauelement, das in einem aus Metall bestehenden, vakuumdicht abgeschlossenen Gehäuse untergebracht ist, in das ein zum Eintritt der Strahlung dienendes Lichtfenster des Gehäuses mit einer zur Konzentration der Strahlung auf die lichtempfindlichen Stellen der Anordnung dienenden, aus hochschmelzendem strablungsundurchlässigem Stoff, wie Quarz, Hartglas usw., bestehenden optischen Linse eingebaut ist, die mittels eines als Zwischenmedium dienenden niedrigschmelzenden Glases mit dem Rand des Lichtfensters vakuumdicht verbunden ist. Dabei wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die optische Linse mit einem nach außen gerichteten kegel- oder hornförmigen, als Lichtleiter wirkenden, eine punktförmige Abtastung von Lichtquellen gestattenden Fortsatz versehen ist.
Eine derartige Anordnung ist in der Figur beispielsweise dargestellt. Eine mit pn-tÇbergang versehene Fotodiode 5 ist mittels der Zuführungsdrähte 6 im Innern des Gehäuses 1 gehaltert. Das Gehäuse besteht aus einem Metallrohr, das an dem einen Ende mit dem Verschluß 8, durch den die Zuleitungen 6 isoliert hindurchgeführt sind, vakuumdicht abgeschlossen ist.
Das andere Ende des Rohres ist mit dem aus der optischen Linse und einem als Lichtführung dienenden hornartigen Teil bestehenden Verbundkörper 7 und dem Preßglasring 3 vakuumdicht abgeschlossen. Die hornartig ausgebildete Lichtführung gestattet eine punktförmige Abtastung von Lichtquellen. Der Strahlengang des als Linse wirkenden inneren Teils des Verbundkörpers 7 ist gestrichelt dargestellt.
Der Verbundkörper 7 kann aus Quarz oder Hartglas, z. 3. Duranglas, bestehen. Der niedrigschmelzende Glasring 3 besteht zweckmäßig aus Preßglas, z. B. einem bleifreien Kalk-Baryt-Glas. Es empfiehlt sich, diesen Ring durch geeignete Zusätze, z. B. von Chromoxyd oder Eisenoxyd, lichtundurchlässig zu machen. Ein Preßglasring läßt sich mit hoher Maßhaltigkeit herstellen. Desgleichen kann auch ein Ring aus gesintertem Glaspulver verwendet werden. Das Verschmelzen des optischen Körpers 7 mit dem metallischen Rand des Lichtfensters geschieht zweckmäßig auf folgende Weise: Die mechanisch ineinandergepaßten, insbesondere unter Verwendung geeigneter Formen oder Auflagen justierten Metall- und Glasteile werden zusammen in einem Ofen erhitzt. Das Schmelzen kann gegebenenfalls auch durch Hochfrequenz bewirkt werden. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Glasteile können dabei nach dem Prinzip der Druckglaseinschmelzungen beherrscht werden. Druckglaseinschmelzungen, bei denen die verwendeten Glassorten mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten versehen sind, sind an sich bekannt. Sie beruhen darauf, daß höhere Ausdehnungskoeffizienten des Lichtfensters im erkalteten Zustand das Auftreten von Zugspannungen im Glas verhindern.
Die von der Erfindung vorgeschlagene Anordnung des lichtführenden Systems kann auch bei anderen auf Strahlung ansprechenden Vorrichtungen, für welche die Unterbringung in einem vakuumdicht abgeschlossenen, aus Metall bestehenden Gehäuse wünschenswert ist, z. B. bei Bolometern, mit Erfolg angewendet werden.
PATENTANSPRCHE: 1. Fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere fotoelektrisch wirkendes Halbleiterbauelement, das in einem aus Metall bestehenden, vakuumdicht abgeschlossenen Gehäuse untergebracht ist, in das ein zum Eintritt der Strahlung dienendes Lichtfenster des Gehäuses mit einer zur Konzentration der Strahlung auf die lichtempfindlichen Stellen der Anordnung dienenden, aus hochschmelzendem strahlungsundurchlässigem Stoff, wie Quarz, Hartglas usw., bestehenden optischen Linse eingebaut ist, die mittels eines als Zwischenmedium dienenden niedrigschmelzenden Glases mit dem Rand des Lichtfensters vakuumdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Linse mit einem nach außen gerichteten kegel-oder hornförmigen, als Lichtleiter wirkenden, eine punktförmige Abtastung von Lichtquellen gestattenden Fortsatz versehen ist.

Claims

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium als Glasring(3) aus gesintertem und gepreßtem Pulver aus niedrigschmelzendem Glas hergestellt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasring (3) bzw. das zum Verbinden der Linse mit dem Rand des Lichtfensters verwendete niedrigschmelzende Glas durch Zusätze strahlungsundurchlässig gemacht ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dasVerschmelzen von Glasring und Linse bzw. des Glasringes mit dem Rand des Lichtfensters unter Zuhilfenahme des an sich bekannten Prinzips der Druckglaseinschmelzung vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften.

Deutsche Patentschriften Nr. 640 687, 826 324; Feinwerktechnik, 62 (1958), S. 199 bis 213; britische Patentschrift Nr. 569 582; USA.-Patentschriften Nr. 755 840. 2 015 520 2 060 977, 2 668 867, 2788381.