Измерительная ячейка Советский патент 1976 года по МПК G01R31/16 

Изобретение относится к радиотехнике и может иопользоваться в устройствах для исследования диэлектрических свойств полупроводников и диэлектриков в широком частотнотемпературном диапазоне.

Известны измерительные ячейки, представляющие вакуумную колбу, состоящую из двух частей, соединенных посредством вакуумного уплотнения, в верхней части которой впаяны выводы электродов и термопар, а в нижней части размещен узел электродов с держателями образца и внутренним нагревателем.

Однако такие измерительные ячейки сложны в изготовлении и использовании, не позволяют быстро менять образцы, обладают большой температурной инерцией и низкой помехозащищенностью, пе позволяют измерять высокоомные образцы и работать на переменном токе из-за неоднородности электрического поля между электродами.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение надежности в работе.

Это достигается тем, что предлагаемая измерительная ячейка снабжена неподвижным кольцевым электродом, внутри которого размещен измерительный электрод, а на наружной и внутренней поверхностях колбы нанесен металлизированный кольцевой слой, охватывающий выводы электродов.

На чертеже показана предлагаемая измерительная ячейка.

Измерительная ячейка состоит из вакуумной разъемной колбы и узла электродов, находящегося внутри вакуумной колбы. Вакуумная колба изготавливается из стекла и состоит из верхней части 1 и нижней части 2, соединенных посредством вакуумного шлифа 3. В верхней части проходят выводы 4 экранировки и термодатчика 5, а также выводы 6 электродов, диаметрально разнесенные для уменьшения объемной проводимости изоляции. Металлизированный кольцевой слой 7 нанесен вокруг выводов электродов изнутри и снаружи верхней части вакуумной колбы. Выводы 4 экранировки и термодатчика также защищены кольцевым слоем 7 от влияния токов утечки.

Нижняя часть 2 вакуумной колбы имеет вид цилиндра. Для соединения с вакуумной системой нижней части колбы служит патрубок

8. Узел электродов подвешен на изолированных проводах 9, соединенных с выводами 4 и 6 на верхней части 1 вакуумной колбы, чтобы не допускать касания поверхности узла электродов дна вакуумной колбы, что позволяет

исключить влияние поверхностных токов утечки (до ) внутри вакуумной колбы на измерения.

Нижняя часть 2 колбы, закрепленная на амортизирующих теплоизолирующих прокладках 10, присоединена к вакуумной системе патрубком 8.

Узел электродов состоит из верхнего диска И, на котором закреплены направляюш,ая втулка 12 и стойки 13, -пружины 14 на штоке подвижного потенциального электрода 15, неподвижных измерительных электродов 16 и кольцевого электрода 17, размещенного вокруг электрода 16, закрепленных на нижнем диске 18.

Образец 19 зажимается между электродами 15 и 16с помощью пружины 14.

Для получения низких температур служит съемный сосуд Дьюара с хладагентом (например, жидким азотом), надеваемый на нижнюю часть 2 колбы.

Нагрев колбы осуществляют с помощью съемного экранированного нагревателя 20.

При сборке узла электродов потенциальный 15, измерительный 16 электроды и кольцевой слой щлифуются и полируются совместно для устранения непараллельности и достижения высокой степени чистоты поверхности. Положение потенциального электрода 15 относительно плоскости измерительного электрода 16 регулируется при сборке узла электродов.

Температура узла электродов измеряется термодатчиком 5, который экранирован для исключения влияния помех (наводок) в его цепи на измерение малых токов (до 10- а) и на высокочастотные измерения.

Так как образец 19 имеет малые размеры (диаметр мм и толщина 0,001-3 мм) и зажат между металлическими электродами, то температурные градиенты сведены в нем к минимуму. Точность стабилизации темнературы внутри колбы +0,1°С, а точность измерения температуры ±0,05°С.

Измерительная ячейка работает следующим образом.

Перед измерениями нижняя часть 2 колбы измерительной ячейки закрепляется на раме экрана (не ноказан) посредством прокладок 10. Патрубком 8 нижняя часть колбы присоединена к вакуумной системе. Образцы в виде спрессованной таблетки, пленки на подложке или диска помещаются в узел электродов, извлеченный нз ячейки, благодаря подвески его к верхней части 1 колбы посредством соединительных проводов. Смена образца происходит быстро, поскольку один из электродов 15 выполнен подвижным. Соединение верхней 1 и нижней 2 частей происходит посредством

герметизируемого вакуумной смазкой шлифа 3.

В зависимости от требований эксперимента

на нижнюю часть 2 колбы надевается лнбо

нагреватель 20, либо сосуд Дьюара с хладагенто.м, что позволяет производить измерения

в температурном диапазоне от -196 до

-j-250°C.

Контроль темнературы образца осуществляется термодатчиком 5.

В зависимости от характера образца измерительная учейка подключается к различным приборам. Если сопротивление образца составляет 1 -10 ом, то измерительная ячейка

подключается в плечо моста постоянного тока. Если же сопротивление образца составляет ом, то измерительную ячейку подключают на вход тераомметра - электрометра.

Диапазон частот от 10 гц до 10 мгц (нри более высоких частотах начинает сказываться влияние распределенных индуктивностей и емкостей соединительных проводов) перекрывается: от 10 ГЦ до 200 КГЦ мостами пере.менного тока, в плечо которых включается измерительная ячейка, от 30 мгц до 10 мгц - нзмерителями добротности (Q-метрами), к резонансному контуру которых нодключается измерительная ячейка.

Работа с мостами неременного тока и Qметрами при подключении данной измерительной ячейки специфических особенностей не имеет.

Формула изобретения

Измерительная ячейка, преимущественно для исследования полупроводниковых и диэлектрических образцов, выполненная в виде

размещенной в термостате и соединенной с вакуумной системой разъемной колбы, в которой соосно размещены подвижный потенциальный и неподвижный измерительный электроды с выводами, отличающаяся тем, что, с

целью расширения диапазона измерений и повыщения надежности в работе, она снабжена неподвижным кольцевым электродом, внутри которого размещен измерительный электрод, а на наружной и внутренней новерхпостях

колбы нанесен металлизированный кольцевой слой, охватывающий выводы электродов.