Устройство для бесконтактного измерения плотности поверхностных зарядов Советский патент 1988 года по МПК G01R29/12 

(Л

с

со J

:л

ND

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Устр-во содержит два изме рительных зонда 1 и 2, исследуемый диэлектрик 3, проводящую подложку 4, дополнительньШ у-ль 5, задающий г-р 6, у-ль 7, фильтр нижних частот 8, индикатор 9. С целью повьшения точности и быстродействия в него введе- |Ны последовательно соединенные поло сно-пропу екающий фильтр (ШФ) 10, сумматор (с) 1I и блок детектирова

z

137

ния 12, а также селективный усилитель 13 и второй блок детектирования 14. С ППФ 10 на первый вход С 11 поступает вьщеленный сигнал с частотой задающего г-ра 6, модулированный сигналом, соответствующим потенциальному рельефу диэлектрика. На второй вход С 11 подается сигнал с измерительного зонда 2. Т.обр., разница между двумя сигналами на выходе С II соответствует диэлектрической прони

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного измерения плотности зарядов на заряженных поверхностях диэлектрических и высокоомных полу- проводниковых слоев.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На -чертеже представлена структур ная электрическая схема устройства для бесконтактного измерения плотности поверхностных зарядов.

Устройство для бесконтактйого измерения плотности поверхностных заря дов содержит первый и второй измерительные зонды 1 и 2, выполненные в виде тонких проводников, помещенных в металлические экраны. Между ними расположен исследуемый диэлектрик 3, расположенный на проводящей подложке 4, к которой через дополнительный усилитель 5 с регулируемым коэффициентом передачи подключен задающий генератор 6. Первый измерительный зонд 1 расположенный над диэлектриком 3, подключен через усилитель 7 с регулируемым коэффициентом передачи и фильтр 8 нижних частот к индикатору 9. Кроме того, выход усилителя 7 с регулируемым коэффициентом передачи через полосно-пропускающий фильтр 10 ;оединен с первым входом сумматора 11, выход которого через первый блок I2 детектирования соединен с управляющим входом усилителя 7 с регули- руемым коэффициентом передачи.

Второй измерительный зонд 2, расположенный со стороны проводящей

52

цаемости исследуемого диэлектрика 3 и его толщине и при определении плотности распределения зарядов на поверхности диэлектрического слоя исключается необходимость проведения дополнительных измерений толщины слоя и расстояния между измерительными зондами и подложкой. Это приводит к увеличению быстродействия и снижению погрещности измерений. 1 ил.

0

п 5 о

подложки 4, подключен через селективный усилитель 13 к второму входу сумматора 11 и через второй блок 14 детектирования соединен с управляющим входом дополнительного усилителя 5 с регулируемым коэффициентом передачи.

Устройство для бесконтактного измерения плотности поверхностных зарядов работает следующим образом.

Плотность поверхностного заряда измеряется зондовой системой (первый и второй.измерительные зонды 1 и 2), перемещающейся относительно поверхности носителя потенциального рельефа, а именно диэлектрика 3 на проводящей подложке 4. На проводящую подложку 4 подается от задающего генератора 6 через дополнительньш усилитель 5 с регулируемым коэффициентом передачи переменное напряжение. В зондовой системе наводится сигнал, несущий информацию о плотности распределения заряда по поверхности предварительно заряженного исследуемого диэлектрика 3, о толщине и диэлектрической проницаемости этого слоя. Наведенный сигнал с первого измерительного зонда, расположенного со стороны диэлектрика 3, поступает на вход усилителя 7 с регулируемым коэффициентом передачи. Дальще сигнал поступает на два фильтра; фильтр 8 нижних частот и полосно-пропускающий фильтр 10. Через фильтр 8 нижних частот и прлосно-пропускающий фильтр 10. Через фильтр 8 нижних частот на индикатор 9 поступает сигнал, несущий информацию о плотности распределения заряда. А с полосно-пропус- кагощего фильтра 10 на первый вход сумматора 11 поступает вьщеленный г сигнал с частотой задающего генератора 6, модулированный сигналом, со- ответствующим потенциальному рельефу диэлектрика. На второй вход сумматора через селективный усилитель ю 13, настроенный на частоту задающего генератора 6, подается компенсирующий сигнал с второго измерительного зонда 2, расположенного со стороны проводящей подложки 4. Первый 15 и второй измерительные зонды 1 и 2 находятся на одинаковом расстоянии от проводящей подложки 4 и перемещаются синхронно и симметрично относительно нее. Таким образом, разница 20 между двумя сигналами, полученная на выходе сумматора 11, соответствует диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика 3 и его толщине. При исследовании диэлектриков с из- 25 вестной диэлектрической проницаемостью выходной сигнал сумматора 11 отслеживает изменение толщины диэлектрика 3. Этот сигнал преобразуется в постоянный с помощью блока 12 детек- ЗО тирования и подается на управляющий вход усилителя 7 с регулируемым коэффициентом передачи, через который передается информация с зонда I, расположенного со стороны диэлектрика 3. Усилитель 7 с регулируемым коэффициентом передачи уменьшает или увели- чивает проходящий через него сигнал, чем достигается независимость полезной информации о распределении плот- 40 ности заряда от толщины диэлектрика 3,

Аналогично работает схема управления в цепи второго измерительного зонда 2. На управляющий вход дополнительного усилителя 5 с регулируемым дз коэффициентом передачи с зонда 2 через второй блок 14 детектирования поступает сигнал, соответствующий расстоянию зондов 1 и 2 от проводящей подложки 4. Тогда напряжение, подава- о емое с задающего генератора 6 на проводящую подложку 4, регулируется так, чтобы измеряемые параметры не

зависели от расстояния первого и второго измерительных зондов 1 и 2 от проводящей подложки 4.

Таким образом, при определении плотности распределения зарядов на поверхности диэлектрического слоя с помощью предлагаемого устройства исключается необходимость проведения дополнительных измерений толщины сло и расстояния между измерительными зондами и подложкой. Это приводит к увеличению быстродействия процесса измерения и снижению погрешности измерений устройства для бесконтактного измерения плотности поверхностных зарядов.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения плотности поверхностных зарядов, содержащее последовательно соединенные первый измерительный зонд, размещенный со стороны исследуемого диэлектрика, расположенного на проводящей подложке, и усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, фильтр нижних частот и индикатор, второй измерительный зонд и задающий генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, введены последовательно соединенные полосно-пропускающий фильтр, сумматор и первый блок детектирования, выход которого подключен к управляющему входу усилител с регулируемым коэффициентом передачи, при этом вход полосно-пропускаю- щего фильтра подключен к выходу усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, а второй вход сумматора через введенный селективньй усилитель подключен к второму измерительному зонду, расположенному со стороны проводящей подложки, и входу введенного второго блока детектирования, выход которого подключен к управляющему входу введенного дополнитель- ного усилителя с регулируемым коэффи циентом передачи, выход которого соединен с проводящей подложкой, а вход подключен к задающему генератору.