DE69007303T2 - Strahlungsdetektor. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor, insbesondere einen solchen Detektor, dessen strahlungsempfindliches Element aus einem Supraleitermaterial hergestellt ist.
• Insbesondere betrifft die Erfindung Anordnungen von strahlungsempfindlichen Elementen aus supraleitendem Material mit einer Kornstruktur, die Bilder bei einer inkohärenten Bestrahlung einer Wellenlänge ergeben, die im Bereich zwischen dem sichtbaren Licht und den Millimeterwellen liegt.
• Das supraleitende Material kann eine hohe kritische Temperatur besitzen und insbesondere in einem Temperaturbereich verwendet werden, der sich von 77 K (flüssiger Stickstoff) bis 27 K (flüssiges Neon) erstreckt.
• Ein ebenes Element aus körnigem Supraleitermaterial 1 gemäß Figur 1 ändert örtlich seinen Widerstand, wenn es von einem Strom I durchflossen wird und von einer Punktstrahlungsquelle beleuchtet wird, deren Wellenlänge zwischen der des sichtbaren Lichts und der Millimeterwellenlänge liegt.
• Die Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und der einfallenden Strahlung beruht auf zwei physikalischen Prozessen, je nachdem, ob die Wellenlänge kleiner oder größer als etwa einige zehn Mikrometer ist.
• Liegt die Wellenlänge der auf das supraleitende Material 1 in Figur 1 einfallenden Strahlung unter einigen zehn Mikrometern, dann reicht die Fotonenenergie aus, um die Cooper-Paare in Quasipartikel aufzuspalten, die in die Körner diffundieren und dort rekombinieren. Zwei Arten von Erscheinungen können beobachtet werden:
• a) Die Populationen von Cooper-Paaren und Quasipartikeln befinden sich im Gleichgewicht: Die Strahlung erwärmt das supraleitende Element (bolometrischer Effekt, der durch die Zone "a" der Kurve ΔV abhängig von der Temperatur in Figur 2 dargestellt ist). Die Breite des verbotenen Bands des Supraleiters nimmt mit steigender Temperatur ab.
• b) Die Populationen von Paaren und Quasipartikeln befinden sich nicht im Gleichgewicht. Die Breite des verbotenen Bands wird um einen Wert verringert, der proportional zum Überschuß an Quasipartikeln ist (Zone "b" der Kennlinie ΔV abhängig von der Temperatur in Figur 2).
• In einem körnigen Supraleiter bilden die Kornübergänge Barrieren vom Typ Josephson-Übergang. Wenn die Breite des verbotenen Bands abnimmt, dann sinkt auch die Dichte des kritischen Stroms der Übergänge zwischen den Körnern ab und wird kleiner als die Dichte des gelieferten Stroms. Unter diesen Bedingungen dringt das magnetische Feld in die Kornzwischenräume in Form eines Vortex ein, der sich unter der Wirkung der Lorentz-Kraft verschiebt und dabei Leistung abgibt. Eine Bestrahlung führt also zu einem Fotowiderstand in der beleuchteten Zone, und die Amplitude des Signals ist proportional zur Anzahl der beweglichen Vortices. Figur 2 zeigt anhand eines Beispiels die Abhängigkeit des Signals von der Temperatur. Die beiden Signaltypen "a" und "b" unterscheiden sich deutlich.
• Wenn die Wellenlänge der das Supraleitermaterial 1 beleuchtenden Strahlung größer als einige zehn Mikrometer ist, dann liegt die Energie der Photonen unter der Breite des verbotenen Bands. Die das Magnetfeld kompensierenden Ströme sind jedoch größer als die kritischen Ströme der Übergänge zwischen den Körnern, und das Magnetfeld dringt in die Übergänge in Form von Vortices ein, die sich verschieben und dabei Leistung abgeben.
• Die Erfindung wendet diese Induktionserscheinung eines Fotowiderstands in einem Supraleitermaterial unter der Wirkung einer Beleuchtung durch eine Bestrahlung an.
• Ein solcher elementarer Detektor besitzt den Vorteil bezüglich der bekannten Fotoleiterdetektoren, daß die strahlungsempfichlichen Detektorelemente kleinere Abmessungen besitzen können. In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist nämlich der empfindliche Bereich auf den Bereich beschränkt, der von den zu erfassenden Strahl beleuchtet wird, während in Fotoleitern die empfindliche Zone bezüglich der beleuchteten Zone ausgefranst ist, die weiter unten erläutert wird.
• Außerdem ergeben manche Ausführungsformen gemäß der Erfindung einen Betrieb ohne Dunkelstrom, was bei Fotoleiteranordnungen nicht der Fall ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt Detektoren mit großer Oberfläche, die in einem weiten Wellenlängenbereich arbeiten können.
• Die Erfindung betrifft also einen Strahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist:
• - mindestens ein Element aus supraleitendem Material, das die Eigenschaften eines Fotowiderstands besitzt und auf eine Beleuchtung anspricht, die einen Fotowiderstandseffekt im supraleitenden Material induziert,
• - eine elektrische Quelle, die an die Klemmen des Elements als supraleitendem Material angeschlossen ist,
• - eine Vorrichtung zur Messung des Widerstands des Elements als supraleitendem Material, die an dieses Element angeschlossen ist.
• Im Rahmen verschiedener Anwendungsformen betrifft die Erfindung insbesondere einen Detektor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
• - die elektrische Quelle eine Quelle konstanten Stroms ist,
• - die differentiellen Eingänge eines Differentialverstärkers an die Klemmen des supraleitenden Elements angeschlossen sind, wobei der Verstärker ein Signal liefert, das dem Wert das Widerstands des supraleitenden Elements entspricht.
• So ist ein Detektor dadurch gekennzeichnet, daß er eine Serienanordnung von Supraleiterelementen enthält, wobei ein Differentialverstärker jedem Supraleiterelement zugeordnet ist, und daß der Detektor eine Ladungstransfervorrichtung enthält, wobei ein Ausgang jedes Verstärkers an eine Stufe der Ladungstransfervorrichtung angeschlossen ist, die die von den verschiedenen Differentialverstärkern gelieferten Signale addieren kann.
• Die verschiedenen Gegenstände und Merkmale der Erfindung gehen klarer aus der nachfolgenden beispielhaft zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1 zeigt ein Supraleiterelement, an dem die oben beschriebenen Phänomene erläutert werden.
• Figur 2 zeigt die oben erläuterten Kennlinien.
• Figur 3 ist ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines elementaren Strahlungsdetektors gemäß der Erfindung.
• Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Detektoreinheit gemäß der Erfindung die mit konstanter Spannung gespeist wird.
• Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit, die mit konstantem Strom gespeist wird.
• Figur 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Detektors.
• Figur 7 ist eine matrixartige Detektoranordnung gemäß der Erfindung.
• Figur 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer matrixartigen Detektoranordnung gemäß der Erfindung.
• Figur 9 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante mit Filterelementen.
• Figur 10 ist eine Ausführungsvariante gemäß der Erfindung mit einer Maskenschicht.
• Anhand von Figur 3 wird nun ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors beschrieben.
• Dieser Detektor enthält auf einem Substrat S ein Element 1 aus Supraleitermaterial. Eine elektrische Quelle 2 ist an dieses Element 1 angeschlossen. Mittel, bestehend aus einem Widerstand 3 konstanten Werts und einer Spannungsmeßvorrichtung 4, sind an das Element gekoppelt, um den Widerstand des Elements 1 zu messen. Im Beispiel gemäß Figur 3 ist die Quelle 2 eine Quelle konstanter Spannung. Der Widerstand 3 besteht aus einer Widerstandsschicht, die in Reihe mit dem Element 1 angeschlossen ist. Diese Widerstandsschicht kann aus demselben Supraleitermaterial wie das Element 1 bestehen, aber sie besitzt dann wegen ihrer Verengung eine Stromdichte, die über dem kritischen Wert liegt. Die Spannungsmeßvorrichtung ist an die Klemmen des Widerstands 3 angeschlossen.
• Das Element 1 wird von einem Strahl F beleuchtet, der einen Beleuchtungspunkt auf eine in unterbrochenen Linien in Figur 3 angedeutete Zone Z&sub1; richtet. Wie oben beschrieben, induziert diese Bestrahlung einen Fotowiderstandseffekt im Supraleiterelement 1. Der Widerstand des Elements verändert sich. Der von der Konstantspannungsquelle 2 gelieferte Strom ändert sich also. Die Spannungsmeßvorrichtung 4 mißt die Spannung an den Klemmen des konstanten Widerstands 3 und damit den Strom, der im Element 1 fließt. Der Meßwert hat also die Form
• Vo / R3 + Rp
• Hierbei ist Vo die Spannung der Quelle, R3 der Wert des Widerstands 3 und Rp der Widerstand des beleuchteten Elements, wobei dieser Wert ein Maß für die Intensität der vom supraleitenden Element 1 empfangenen Strahlung ist.
• Dieser Widerstandswert Rp ist also ein Maß für die in der Zone Z&sub1; empfangene Strahlungsintensität.
• Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Serienanordnung von Detektoren gemäß dem in Figur 3 gezeigten Prinzip.
• Auf einem Substrat wird eine Serie von Elementen 1, 1', 1'' aus supraleitendem Material hergestellt. Jedem Element aus supraleitendem Material ist in Reihe ein Widerstand 3, 3', 3'' zugeordnet. Die Elemente 1, 1', 1'' und die Widerstände 3, 3', 3''sind über Leiter 10 und 11 parallel an die Klemmen einer nicht dargestellten Quelle konstanter Spannung angeschlossen.
• Die Elemente 1, 1', 1'', die Widerstände 3, 3', 3'' und die Leiter 10 und 11 sind als Schichten auf einem Substrat ausgebildet.
• Da die Elemente 1, 1', 1'' aus supraleitendem Material sind, werden die Leiter 10 und 11 vorzugsweise ebenfalls aus supraleitendem Material hergestellt. Die Widerstände 3, 3', 3'' sind entweder aus einem nicht supraleitenden Metall (Normalleiter) oder aus supraleitendem Material mit einer Stromdichte, die größer als die kritische Stromdichte ist.
• Spannungsmeßvorrichtungen sind jedem Widerstand 3, 3', 3'' zugeordnet und messen je die Intensität der in einer Zone Z&sub1; des Detektors empfangenen Strahlung. Indem man mehrere Detektorzeilen, bis zu hunderten von Zeilen, vorsieht, erhält man eine Detektormatrix, wie sie in Figur 7 dargestellt ist, so daß ein Bild aufgenommen werden kann, dessen einzelne Bildelemente von je einem supraleitenden Element erfaßt werden können.
• Gemäß der Ausführungsform in Figur 4 ist jeder Zeile von Supraleiterelementen 1, 1', 1'' und Widerständen 3, 3', 3'' eine Leiste einer Ladungstransfervorrichtung 4 zugeordnet. Mit jedem Widerstand 3, 3', 3'' ist eine Stufe CCD, CCD', CCD'' der Ladungstransfervorrichtung 4 gekoppelt.
• Aufgrund von nicht dargestellten Mitteln überstreicht ein Element des zu erfassenden Bilds die Reihe von Supraleiterelementen 1, 1', 1'', d.h. daß dieses Bildelement nacheinander an diese Supraleiterelemente übertragen wird. Die verschiedenen Stufen CCD, CCD', CCD'' der Ladungstransfervorrichtung 4 erfassen also je dieses Bildelement. Die Ladungstransfervorrichtung integriert die von den verschiedenen Stufen CCD bis CCD'' gespeicherten Werte und liefert einen Detektorwert für jedes Bildelement.
• Eine solche Vorrichtung kann einfach realisiert werden, indem die supraleitenden Elemente 1, 1', 1'' und die Widerstände 3, 3', 3'' auf der Oberfläche einer Ladungstransfervorrichtung monolithisch ausgebildet werden, wobei die Ladungstransfervorrichtung die Funktion des Substrats in Figur 3 übernimmt und die Elemente aus supraleitendem Material unmittelbar auf ein Siliziumsubstrat aufgebracht werden.
• Eine solche Vorrichtung kann auch statisch betrieben werden. In diesem Fall kann jedes supraleitende Element in jedem Augenblick ein Bildelement erfassen. Mit jedem einen supraleitenden Element zugeordneten Widerstand ist eine nicht dargestellte Spannungsmeßvorrichtung anstelle einer Ladungstransfervorrichtung gekoppelt. Jede Spannungsmeßvorrichtung liefert in jedem Augenblick eine Angabe über die Intensität der von einem supraleitenden Element empfangenen Strahlung. In jedem Augenblick erfaßt die Gesamtheit der Spannungsmeßvorrichtungen ein Bild, das von der durch die Gesamtheit der supraleiteinden Elemente empfangenen Strahlung übermittelt wird.
• Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, in dem die elektrische Quelle eine Quelle konstanten Stroms ist.
• Eine Zeile von Supraleiterelementen 1, 1', 1'' wird in Reihe von einer nicht dargestellten Quelle gespeist, die einen konstanten Strom I liefert. An den Klemmen jedes Elements 1, 1', 1'' ist parallel ein Widerstand 5, 5', 5'' angeschlossen. Eine Vorrichtung ermöglicht die Messung der Stromstärke in jedem Widerstand 5, 5', 5''. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist eine Kopplungsschleife 7, 7' jedem Widerstand 5, 5' zugeordnet und ermöglicht die Erfassung der Stromstärke in jedem Widerstand 5, 5'. Jede Kopplungsschleife ist an eine Stufe CCD, CCD' einer Leiste einer Ladungstransfervorrichtung 4 angeschlossen. Man kann auch anstelle jeder Kopplungsschleife einen Differentialverstärker vorsehen, dessen differentielle Eingänge an die Klemmen eines Widerstands 5, 5', 5'' und dessen Ausgang an eine Stufe CCD, CCD', CCD'' der Ladungstransfervorrichtung 4 angeschlossen sind.
• Aufgrund von nicht dargestellten Mitteln überstreicht ein Bildelement die verschiedenen supraleitenden Elemente 1, 1', 1". Jedesmal, wenn ein Beleuchtungspunkt (Z&sub1;) ein supraleitendes Element 1 überstreicht, speichert die entsprechende Stufe CCD einen Erfassungswert entsprechend der Beleuchtungsstärke des Lichtpunkts Z&sub1; ein. Nach dem Überstreichen der Supraleiterelemente 1, 1', 1'' einer Zeile integriert die Ladungstransfervorrichtung die verschiedenen gespeicherten Werte und liefert einen Wert für die erfaßte Beleuchtungsintensität. Das nächste Bildelement kann dann erfaßt werden.
• Wie oben kann eine Zeile von supraleitenden Elementen mit den zugeordneten Widerständen auf einer Ladungstransfervorrichtung ausgebildet werden und bildet einen monolithischen Aufbau. Die Vorrichtung gemäß Figur 5 kann auch in Matrixform ähnlich der Struktur gemäß Figur 7 aufgebaut werden.
• Die Vorrichtung gemäß Figur 5 kann statisch betrieben werden, indem jedem Widerstand 5, 5', 5'' eine Vorrichtung zur Messung des in dem Widerstand fließenden Stroms zugeordnet wird. Eine Einheit von supraleitenden Elementen erfaßt dann in jedem Augenblick ein von einem die Einheit von supraleitenden Elementen beleuchtenden Lichtstrahl übertragenes Bild.
• Figur 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Diese Vorrichtung enthält ein Band 9 aus supraleitendem Material. Dieses Band 9 besitzt Paare von Anschlußfahnen 12-13, 12'-13', 12''-13''. Der Teil des Bandes 9 zwischen zwei Kontakten eines Paares, z.B. 12 und 13, begrenzt das Äquivalent eines supraleitenden Elements (z.B. des Elements 1), wie es oben bezeichnet wurde.
• Die beiden differentiellen Eingänge eines Differentialverstärkers sind an die Kontakte eines Paares von Kontaktfahnen angeschlossen. Beispielsweise liegt ein Differentialverstärker 6 an den Kontaktfahnen 12 und 13.
• Der Ausgang jedes Differentialverstärkers 6, 6', 6'' ist an eine Stufe CCD, CCD', CCD'' einer Leiste einer Ladungstransfervorrichtung 4 angeschlossen.
• Das Band aus supraleitendem Material wird von einer nicht dargestellten Quelle mit konstantem Strom I gespeist.
• Wenn ein Bildelement mit einem Lichtpunkt Z&sub1; ein supraleitendes Element 1 beleuchtet, dann verändert sich der Widerstand dieses Elements. Der Differentialverstärker 6 erfaßt diese Veränderung und liefert eine entsprechende Information an eine Stufe CCD der Ladungstransfervorrichtung 4.
• Der einem Bildelement entsprechende Lichtpunkt überstreicht das Band 9 und gelangt nacheinander auf die supraleitenden Elemente 1, 1', 1''. Wie oben bereits beschrieben, wird die Erfassung eines Bildelements von den verschiedenen supraleitenden Elementen in der Ladungstransfervorrichtung integriert, die einen Wert liefert entsprechend der Lichtstärke des erfaßten Punktes.
• Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kann auch die Vorrichtung gemäß Figur 6 in eine Leiste einer Ladungstransfervorrichtung integriert werden. In diesem Fall werden die Verstärker 6, 6', 6'' selbst auch auf der Ladungstransfervorrichtung integriert. Man kann auch eine matrixartige Ausführung in Betracht ziehen. Dann erhält man einen matrixartigen Detektor gemäß Figur 8, der n Zeilenbänder 9.1 bis 9.n enthält. Jedes Zeilenband ist wie die Vorrichtung gemäß Figur 6 ausgebildet und enthält Kontaktfahnen wie z.B. 12-13. Die ganze Einheit wird auf einem Halbleitersubstrat S aufgebaut, das die Differentialverstärker und Zeilen von Ladungstransfervorrichtungen enthält, wobei jeder Zeile einer Ladungstransfervorrichtung ein Zeilenband entspricht.
• Die Vorrichtung kann auch statisch, d.h. ohne Verwendung einer Ladungstransfervorrichtung, betrieben werden, wobei dann die Ausgänge der Differentialverstärker unmittelbar an Vorrichtungen angeschlossen sind, die die Gesamtheit der von allen Supraleiterelementen gelieferten Informationen speichern können.
• Es sei bemerkt, daß bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 die Vorrichtung auch dann elektrische Energie verbraucht, wenn keine Strahlung erfaßt wird (Dunkelstrom). Dagegen ist in den Ausführungsformen der Figuren 5 und 6 mit einer Konstantstromquelle der globale Widerstand jeder Zeile gleich Null (oder quasi Null), wenn keine Strahlung vorliegt, und die Vorrichtung verbraucht keine Energie.
• Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante sieht man auf den supraleitenden Elementen 1, 1', 1'' eine Filterschicht vor, die die Übertragung der Strahlung einer ausgewählten Frequenz oder einer Frequenz in einem reduzierten Frequenzband an die supraleitenden Elemente erlaubt.
• Wie Figur 9 zeigt, ist es auch möglich gemäß der Erfindung, auf den supraleitenden Elementen 1, 1', 1'' Filterschichten 14, 14', 14'' unterschiedlichen Typs vorzusehen, die es ermöglichen, daß die supraleitenden Elemente Strahlungen unterschiedlicher Frequenzen erfassen.
• Wendet man eine solche Maßnahme auf eine Zeile von supraleitenden Elementen an, wie sie in den Figuren 4, 5 oder 6 gezeigt ist, dann erfassen supraleitende Elemente einer Zeile unterschiedliche Frequenzen. In diesem Fall wird ein statischer Betrieb einer solchen Vorrichtung bevorzugt. Wie bereits erwähnt, ordnet man jedem supraleitenden Element eine Vorrichtung zur Messung des Widerstands zu, so daß in jedem Augenblick die Gesamtheit dieser Meßvorrichtungen ein Bild erfaßt, das von einem unterschiedliche Frequenzen enthaltenden Strahl übertragen wird und von der Gesamtheit der supraleitenden Elemente empfangen wird.
• Im Fall einer Matrixstruktur gemäß den Figuren 7 oder 8 bedeckt man die supraleitenden Elemente einer gemeinsamen Zeile mit gleichen Filterschichten, so daß die supraleitenden Elemente dieser Zeile für eine gemeinsame Frequenz (oder ein gemeinsames Frequenzband) empfindlich sind. In diesem Fall könnte man verschiedene Zeilen von supraleitenden Elementen mit Schichten unterschiedlicher Materialien bedecken. Insbesondere wird man auf den Zeilen von supraleitenden Elementen optische Filterbänder vorsehen.
• Bei einer solchen Matrixanordnung läßt sich der Betrieb mit den supraleitenden Elementen jeder Zeile zugeordneten Ladungstransfervorrichtungen in Betracht ziehen, da die Elemente einer gemeinsamen Zeile dieselbe Frequenz erfassen.
• Schließlich sieht die Erfindung gemäß einer anderen Ausführungsvariante auf den oben beschriebenen Vorrichtungen eine Maskenschicht mit Öffnungen vor, die auf den supraleitenden Elementen dieser Vorrichtungen aktive Zonen begrenzen, so daß diese aktiven Zonen den Strahl erfassen können, während der Rest dieser Vorrichtungen abgedeckt wird.
• Diese Maßnahme ist besonders interessant für eine Vorrichtung von dem in Verbindung mit den Figuren 6 und 8 beschriebenen Typ, bei dem die supraleitenden Elemente in Form eines Bandes 9 ausgebildet sind und bei dem während eines dynamischen Betriebs ein zu erfassender Lichtpunkt jedes Band überstreicht.
• In Figur 10 ist ein matrixförmiger Detektor des Typs gemäß Figur 8 dargestellt, mit einer Maskenschicht 15 in strichpunktierten Linien, die Öffnungen 16.11, 16.12, ... 16.n1, 16.n2 an den Stellen der supraleitenden Detektorelemente besitzt.
• Eine solche Maskenschicht kann die Probleme der mangelnden Präzision in der Abmessung des Strahls beheben, der von jedem supraleitenden Element empfangen wird. Die empfindliche Fläche jedes supraleitenden Elements hat ganz bestimmte Abmessungen und die Abmessungen jedes Strahls brauchen nur größer als die jeder Öffnung in der Maskenschicht zu sein.
• Man kann auch eine Maskenschicht und Filterschichten auf den supraleitenden Elementen miteinander kombinieren. Beispielsweise kann man eine Maskenschicht mit Öffnungen an den Stellen der supraleitenden Elemente vorsehen und jede Öffnung mit einer Filterschicht versehen, oder man kann auch eine Maskenschicht auf die Filterschichten aufbringen oder umgekehrt.
• In den erfindungsgemäßen Strukturen bietet der durch die einfallende Strahlung induzierte Fotowiderstand deutliche Vorteile im Vergleich zur Fotoleitfähigkeit der Halbleiter:
• - Der aktive Bereich des supraleitenden Elements 1 bleibt auf die beleuchtete Zone begrenzt, ohne die erhebliche Ausfransung, die bei Fotoleitern beobachtet wird. Diese Ausfransung wird der Verschiebung der durch die einfallende Strahlung erzeugten Ladungsträger während deren Lebensdauer zugeschrieben. Mit Supraleitern kann man also die lichtempfindlichen Elemente einander annähern, ohne Wechselwirkungen zu erzeugen, und das Signal einer großen Zahl von Elementardetektoren integrieren.
• - Die Länge der Zeilen kann groß sein, da es verhältnismäßig einfach ist, supraleitende Schichten auf große Oberflächen aufzubringen, und die Anzahl von Detektoren, die in jeder Zeile zusammenwirken, kann sehr groß sein.
• - Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können im Infrarotbereich und im Millimeterwellenbereich betrieben werden.
• - außerdem gibt es in den Strukturen gemäß den Figuren 6 und 7 keinerlei Leistungsverbrauch im Dunkeln, was bei Fotoleitern nicht möglich ist.
• Natürlich ist die vorstehende Beschreibung nur beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen, und andere Varianten können in Betracht gezogen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zahlenbeispiele und die Art der angegebenen Materialien dienten nur zur Illustrierung der Beschreibung.

Claims (19)

1. Strahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist:

- mindestens ein Element aus supraleitendem Material (1), das die Eigenschaften eines Fotowiderstands besitzt und auf eine Beleuchtung anspricht, die einen Fotowiderstandseffekt im supraleitenden Material induziert,

- eine elektrische Quelle (2), die an die Klemmen des Elements aus supraleitendem Material (1) angeschlossen ist,

- eine Vorrichtung zur Messung des Widerstands des Elements (1) aus supraleitendem Material, die an dieses Element angeschlossen ist.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die elektrische Quelle (2) eine Quelle konstanter Spannung ist,

- die Vorrichtung zur Messung des Widerstands des supraleitenden Elements (1) ein Widerstandselement (3) in Reihe mit dem supraleitenden Element (1) sowie eine Spannungsmeßvorrichtung (4) enthält, die an das Widerstandselement (3) angeschlossen ist und die Spannung an den Klemmen des Widerstandselements (3) mißt.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die elektrische Quelle (2) eine Quelle konstanten Stroms ist,

- die Vorrichtung zur Messung des Widerstands des supraleitenden Elements (1) ein Widerstandselement (5) in Parallelschaltung mit dem supraleitenden Element (1) sowie eine Meßvorrichtung (4) enthält, die an das Widerstandselement (5) gekoppelt ist und den Strom mißt, der in diesem Widerstandselement fließt.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die elektrische Quelle (2) eine Quelle konstanten Stroms ist.

- die differentiellen Eingänge eines Differentialverstärkers (6, 6', 6'') an die Klemmen des supraleitenden Elements angeschlossen sind, wobei der Verstärker ein Signal liefert, das dem Wert des Widerstands des supraleitenden Elements entspricht.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus supraleitendem Material (1) als Schicht auf einem Substrat (S) ausgebildet ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus supraleitendem Material (1) Anschlüsse enthält, die als Schichten auf dem Substrat ausgebildet sind, und daß die Widerstandselemente (3, 5) ebenfalls als Schichten auf demselben Substrat (S) ausgebildet sind.

7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (3, 5) und die Anschlüsse aus einem supraleitenden Material derselben Art bestehen wie das Element aus supraleitendem Material (1).

8. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine Reihe von Elementen aus supraleitendem Material (1, 1', 1'') aufweist, die parallel an die Speiseausgänge der Quelle (2) angeschlossen sind, welche dann eine Quelle konstanter Spannung ist, wobei ein Widerstand (3, 3', 3'') in Reihe mit jedem Element aus supraleitendem Material (1, 1', 1'') angeordnet ist.

9. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine Reihe von Elementen aus supraleitendem Material (1, 1', 1'') in Serienschaltung enthält, die von der Quelle (2) gespeist werden, die dann eine Quelle konstanten Stroms ist, wobei ein Widerstand (5, 5', 5'') parallel zu jedem Element aus supraleitendem Material (1, 1', 1'') vorgesehen ist und eine Vorrichtung den Strom mißt, der in jedem dieser Widerstände (5, 5', 5'') fließt.

10. Detektor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladungstransfervorrichtung (4) jeder Einheit von Widerständen (3 bis 3'', 5 bis 5'') zugeordnet ist, derart, daß an jeden Widerstand eine Stufe (CCD, CCD', CCD'') der Ladungstransfervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Assoziation eines Widerstands und einer Stufe der Ladungstransfervorrichtung die Erfassung des Widerstandswerts eines supraleitenden Elements (1, 1', 1'') und damit die Erfassung der Intensität der von diesem supraleitenden Element empfangenen Strahlung erlaubt.

11. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zeile von supraleitenden Elementen in Serienschaltung aufweist, wobei ein Differentialverstärker jedem supraleitenden Element zu geordnet ist, und daß der Detektor eine Ladungstransfervorrichtung enthält und ein Ausgang jedes Verstärkers an eine Stufe der Ladungstransfervorrichtung angeschlossen ist, die die von den verschiedenen Differentialverstärkern gelieferten Signale addiert.

12. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht, das es erlaubt, elektronische Signalverarbeitungsschaltungen zu integrieren.

13. Detektor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß er zahlreiche Zeilen von supraleitenden Elementen enthält, die eine Matrixstruktur ergeben.

14. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Material (1) mit einer Schicht aus einem Filtermaterial bedeckt ist, das für eine bestimmte Strahlungsfrequenz oder einen bestimmten Strahlungsfrequenzbereich durchlässig ist.

15. Detektor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Elemente (1) mit unterschiedlichen Schichten von Filtermaterial bedeckt sind, so daß verschiedene supraleitende Elemente auf unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche ansprechen.

16. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeile von supraleitenden Elementen mit einer Schicht eines Filtermaterials einer bestimmten Art bedeckt ist.

17. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schicht (15) aus einem für die Strahlung undurchlässigen Material besitzt, die teilweise das supraleitende Element (1) bedeckt und eine Öffnung (16.11 bis 16.n2) besitzt, die auf dem supraleitenden Element eine für die Erfassung der Strahlung empfindliche Zone bestimmt.

18. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schicht (15) aufweist, die die Matrixstruktur abdeckt und eine Öffnung (16.11 bis 16.n2) am Ort jedes supraleitenden Elements besitzt.

19. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Material (1) Übergänge zwischen den Körnern besitzt.