Устройство для измерения работы выхода электронов Советский патент 1991 года по МПК G01N27/62 

ы

01

Изобретение относится к технике измерений физико-химических характеристик материалов и может быть использовано длл контроля состояния поверхности полупроводников ч деталей из металлов и сплавов.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности устройства за счет расширения диапазона измерений в сторону малых значений.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит нуль-индикатор 1, селективный усилитель 2, электрометрический каскад 3, генератор 4 переменного на- пряжения, регулируемый источник 5 постоянного напряжения, вольтметр 6, динамический конденсатор 7, источник 8 подмагничивающего напряжения и магни- юстрикционный преобразователь 9. который состоит из полою каркаса 10 с обмоткой 11, резиновой прокладки 12 и нике.чечого вибратора 13, поверхность которого является одной из обкладок динамического конденсатора 7, другой обкладкой коюрого является поверхность исследуемого образца 14.

Длину I никелевого вибратора 13 определяют по формуле

I 2 го, VT

(1)

где пм - частота генератора 4 переменного напряжения;

К. - модуль упругости (модуль Юнга) ни- келч;

р- плотность никеля.

В основе работы устройства лежит сле- цуощее.

При вибрации эталонного образца по закону,

dx do +a sin аи , (2) где do расстояние между обкладками динамического конденсатора 7 в состоянии покоя;

аи ы - амплитуда и частота вибрации злаченного вибратора 13, емкость динамического конденсатора 7 будет изменяться в соответствии с формулой Јгс -S

f ,

(3)

do + a sin (j)l где Е - диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего пространство между вибратором 13 и исследуемым образцом 14; fr - электрическая постоянная1 S - площадь обкладок динамическою конденсатора 7.

Если контактная разность потенциалов между исследуемым образцом 14 и вибратором 13 равна ,то заряд на пластинах динамического конденсатора 7 будет равен

q C -Ay, 7 do +a sin wt

(4)

При этом во входной цепи электромет- рическо о каскада будет протекать ток, рав- ный

dq Atf)ЈЈ0 S а a «cos ал ,.-,.

I -

° dt (do fa sinr/ t)2 () Устройство работает следующим обра0

5

зом.

Переменное напряжение от генератора 4 переменного напряжения и источника 8 подмагничивающего напряжения поступает на обмотку 11 магнитострикционного преобразователя 9.

5

Частоту генератора 4, лежащую в диапазоне 20 кГц - 100 кГц, выбирают такой, чтобы обеспечить возбуждение никелевого вибратора 13 на основной собственной (ре зонансной) частоте г/л . В этом случае возрастает амплитуда колебаний вибратора 13 и, как следствие, амплитуда полезного сигнала, определяемого по формуле (5). Для возбуждения вибратора 13 на резонансной

ц частоте необходимо, чтобы выполнялось условие (1). Кроме того, при возбуждении вибратора 13 на резонансной частоте на его длине укладывается половина длины волны звука, вызванной магнитным полем обмот,, ки 11, так что в середине вибратора 13 обра- зуется узел смещений стоячей волны. Именно это обстоятельство проэволяет закрепить вибратор 13 в каркасе 10 на резиновой прокладке 12 за его середину.

Для получения ог вибратора 13 еще большей амплитуды колебаний используют его подмагничивание электрическим током. При этом подмагничивание осуществляют постоянным электрическим током, проходяр. щим от источника 8 подмагничивающего напряжения вместе с переменным напряжением от генератора 4 по обмотке 11.

Полезный сигнал с динамического конденсатора 7 поступает на электрометричег ский каскад 3, выполненный, например, на операционном усилителе, обладающим высоким входным сопротивлением и большим быстродействием, что обеспечивает усиление сигнала на рабочей частоте, и далее на

р. селективный усилитель 2, настроенный на частоту, равную 2 м Отличие рабочей частоты генератора 4 переменного напряжения от частоты настройки селективного усилителя 2 объясняется тем, что особенно-c стыо магнитострикционных преобразователей является их четность, т. е независимость направления деформации вибратора от направления магнитного поля.

Помещенный в продольное магнитное поле никелевый вибратор 13 становится короче, чем в отсутствие поля (Три изменении направления поля на противоположное вибратор 13 также укорачивается, а не удлиняется В результате концы вибратора 13 колеблются с частотой «два раза превышающей частоту переменного напряжения ге нератора

С выхода селективного усилителя 3 полезный сигнал поступает на нуль-индикатор 1, функции которого может выполнять ос циллограф

Для определения численного значения работы выхода электронов на динамический конденсатор 7 подают компенсирую щее напряжение от регупирующего источника Ь постоянного напряжения При равенстве величин контактной разнести по тенциалов и напряжен 1Я от регулируемого источника 5 определяемом по нуль мндика тору 1, показания волым тра О будут ооог ветствовать уровню контактной разности потенциалов Зная значение контактном разности псменциагюв, равной А у, и р ino ты внхода электронов из эта; онного обрат ца (никелевого вибратор) 1° равной А-) по известной формуле мохно легко опррдр

ЛИТЬ работу ВПлОДЗ ОПОКТрОНОТ ИЗ ИСС 1РДУ

емого образца л

Для оценки - ФФсгТс7 noiv аемо о при испгльзовании устройства, пр дпопо им что уровень г оме in Глгда отно пение сигнал/гомеха для строист О проня1

о па о а в н о - т для предлагаемого

In

И

устройства -где 1С1 амплитуда сигна

п

ла рзвная

.2 f0 S (т а ...

id 2 2 / (Г)

(do -r- ai sin У л t)

где 1 - амплитуда колебании oi (он пике левого вибратора 13 Пыитрыш с устойчивости г/определяют по формуле.

In

а -г-г17)

ir-fj ICG In Рассмотрим наглядным случаи когда

Если учесть что частота вибрации зта лот у устройства прототип равна 127 Гц у пррдла: ЯРМО о устройства 20 к ц а ре

,- альное ПТНОШРЦИР - 0 1 то выигрыш в

ОЯ

помехоустойчивости ртвен а 15-20 что позволяет измерять значения работы выхода электро ов с точностью на порядок выше или (что то же само) расширить диапазон

0 шм ртег ых величин при прежней точно сти

Формула изобретения Устро тствод я измрррния рэботы выхода тлектрс нор (.одер-i Т1ч°р гснер этор пере5 менного на п рч н ня соединенные поел юч (Tent но л гометри р(. кии кас кад сс О1 п рнчи yi ч 1 и нуль ичдмка

PI iV/H1j)y( Ml L ПП ЮЧННОГО НаПрЯ РН11и И I d П TM- Tj) ПОрВНО ВНПОДЫ

0 югорп n ni/ipu, ии h п IP р носи эталон- по о обр ь ттог .4 ь3пяется первой об шадюи IM кого кон ценсатора с эп и о х т j iv ии f с л I ipof о яьлчстс 1 rioppp xnnc i, ч .pfioi о n( rn JUT спедин ннач

S с in jjt им в мдом ) I фо ртрпчгч кою каг } ч р Н1 н д i-отг рпго оЬьединен с вто pi м 1 г ы т .ч г ,ii Рмрги HI гочника

ГК г Т i МНС i Ч гщ I I i Р ( п Л1ТМС фа И

под1 i IPH - ими r i i мо потенциал

0 о i л и i i ifi , гем ITI г це/ ьн

пояшие HI ч к г )угм i r т и и тс/ч но in

yrrpi т, ) г , ii ргнит дпапазоч

из 1( речии с -1 nt i г iti на («чцг в усTDOi CTF О I F i П НИ ПГ чппи ЧИПЗ

Ь НИЦГГ Jlifi НИ ТОСТ Ml ЦИОННПИ npPOfif тя f Tf it i НЦ1 Г 1 ПОЛОГО 3D

ктс : чт1отор МП- м ч i обмогка и ни келР1Ч1 i к. i IT )) н 1 чтляется гта 1пнн( м т / inn i , | п if h т ir среди

J И p 1 t O 1. h i M i1, рИи (ОТО ИЗ

краев i- ir ii i ( и второй РЫВОДЧ об тки м JIM п if in i i ro прпооразоьа телч n. мисс UH им ннчмп f пводзми гг п 11 п(л п ч i г - i- тпр л „ ни 1 и ис 5 ToiH r i 1чп HI i/ru напряжения длин j i ни11 л Lrm r Miriiop-3 определена по

Изобретение относится к технике измерений физико-химических характеристик материалов. Использование изобретения для контроля состояния поверхности полупроводников и деталей из металлов и сплавов позволяет повысить помехоустойчивость и точность устройства за счет расширения диапазона измерений в сторону малых значений Устройство содержит нуль- индикатор 1,селективный усилитель 2,электрометрический каскад 3, генератор 4 переменного напряжения, регулируемый источник 5 постоянного напряжения, вольтметр 6, динамический конденсатор 7 с эталонным и исследуемым образцами Положительный эффект достигается благодаря введению источника 8 подмагничивающего напряжения и магнитострикционного пре обраэователя Э, никс певыи вибратор 13 которого является эталонным образцом 1 ил