(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ
1
Изобретение относится к эпектроизмерениям, в частности к технике измерения контактной разности потенциапов, и может быть использовано Дпя KcsiTpoiM состояния поверхностей проводников и попупроводников.
Известно устройство дня измерения контактной разности потенциалов, соДер - жащее динамический конденсатор, образованный неподви}кной и подвижной .ппастннами, источник компенсирующего напряжения, подключенный одним пошосом через добавочный резистор к подвижной ппастине, генератор низкой частоты, первый выход которого соединен с вт(эым полюсом источника компенсирующего напряжения, а второй выход - с неподвижной ппастиной динамического конденсатора, датчик амппитуды вибраций, именлций зонд,расположенный в непосредственной близости от подвижной пластины динамического конденсатора,узкопопосныЙ фильтр, соединенный с выходом датчика амплитуПОТЕНЦИАЛОВ
ды вибраций, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу узкопопосного фп льтра (J- J.
НеДостатк(1 данного устройства является низкая точность измерения. На точность измерений влияет как наличие заряженных частиц между пластинами измерительного динамического конденсатора, так и наличие случайных электрических попей возле динамического конденсатора.
10 Поэтому известное устройство не позволяет производить измерения в случае, когда контролируемая поверхность эмиттирует заряженные частицы. Кроме того, показания устройства сильно зависят от
15 рабочего зазора между контролируемой и эталонной поверхностями.
Известно также устройство для измерения контактной разности потенциалов,
20 свободное от описанных выше недостатков и содержащее динамический конденсатор, образованный эtaпoннoй и контрогшруемой поверхностями, первая из кото397рых механически соединена с эпектромеханическим вибратором и электрически соединена с входом предусипитепя, генератор высокой частоты, соединенный с эпектромеханическим вибратором и перБым фазовым Детектором, генератор низкой частоты, соединенный с эпектромеханическим вибратором и вторым фазовым Детектором, первый заградительный фипьт вкпюченный между выходом предусигитепя и входом первого фазового детектора, второй заграДитепъный , вкпюченный мейшу выходом преду си пи те пя и входом второго фазового детектора, интегра тор, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, а выход - с входом регистратора и держателем контропируемой поверхности. Модуляция рабочего зазора измеритепь нрго динамического конденсатора, образо ванного эталонной и контролируемой поверхностями, осуществляется одновременно на Двух частотах, а компенсация вели чины контактной разности потенциалов ве дется по низкочастотной огибающей сигпапа высшей часготы . В известном устройстве для достиже1 ия высокой точности отслеживания контактной разности потенциалов, предусипитеггь должен иметь высокий коэффициент усиления. При значительном отличии потенциала компенсации от величины контак гной разности потенциалов, а также при включении устройства, сигнал на входе предусипитепя может иметь большую амплитуду и поэтому преду си пи те ль может перейти в режим ограничения выходного сигнапа. При этом теряется низкочастотная амплитудная модул5шия, т.е. низкочастотная огибающая высокочастотного сигнала, по которой известное устройство отслеживает контактную разность потенциалов. Иными словами, при значительном отличии потенциала компенсации от величины контактной разности потенциалов устройство обладает низкой точностью измерения. Цепь изобретения - повышение точнос ти измерений в режиме со значительным отпнчием потенциала компенсации от вет- чины контактной разности потенциалов, и в частности при включении устройства. Поставленная цепь достигается тем, что в известное устройство для измерения, контактной разности потенциалов, содержащее динамический конденсатор, образованный этапонным и контролируемым образцами, первый из которых механичес вибки соединен с эпектромеханическим ратором, и электрически соединен с входом предусилителя, генератор высокой астоты, соединенный с электромеханичесим вибратором и первым фазовым детектором, генератор низкой частоты, соединенный с электромеханическим вибратором и вторым фазовым детектором, первый заградительный фильтр, включенный между выходом преду си ли те ля и входом первого фазового Детектора, второй заградительный фильтр, выход которого соединен с входом второго фазового детектора, и интегратор, выход которого соединен с держателем контролируемого образца и регистратором, дополнительно введены сумматор, один из входов которого соединен с выходом второго фазового детектора, а выход - с интегратором, электронноуправляемый ключ, включенный между выходом первого фазового детектора и вторым входом сумматора, и амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом первого заградительного фильтра, а выход - с входом второго заградительного фильтра и через сглаживающий ({нльтр соединен с управляющим входом электронноуправпяемого ключа, На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит эталонный образец 1, электромеханический вибратор 2, предусилитель 3, генератор 4 высокой частоты, первый фазовый детектор 5, генератор 6 низкой частоты, второй фазовый Детектор 7, первый загради те фипьтр 8, второй заградитетьный фипьтр 9, интегратор Ю, держатель 11 измеряемого образца, регистратор 12, контролируемый образец 13, сумматор 14, эпектронноуправпяемый ключ 15, амплитудный Детектор 16 и сглаживающий фипьтр 17. Устройство работает следующим об{эазом. Эталонный 1 и контролируемый 13 образцы образуют динамический конденсатор емкостью С. Вследствие различия работ выхода электрона эталонного и контролируемого образцов динамический конденсатор будет иметь заряд Чу-Чэ где (у - работа выхода электрона контролируемого образца; работа выхода эпектрона эталонного образца; заряд электрона. 597 Генераторы низкой 6 и высокой 4 частот раскачивают электромеханический вибратор и. закреп пенный на нем этапонный образец одновременно на двух частотах иУц Httigi.npH достаточно бопьшой постоямной времени входной цепи предусипигепя 3 периодическое изменение емкости конденсатора вызывает появление на входе предусипитепя 3 переменного потенциапа, который представ 1яет собой копебания высокой Частоты, промодупиррванные по амппитуде низкой частотой и копебания низкой частоты. Модуляция высокочастотных копебаиий низкой частотой происходит вспедствие периодического изменения коэффициента преобразования динамического конденсатора при изменении зазора меж ду эталонным и контропируемым образцами, вызванного низкочастотными копебаниями эталонного образца, С выхода интегратора 10 на контролируемый образец- 13 подается потенциал компенсации Uj поэтому величина заряда будет равйа Q--CCU., I, -Ч „ контактная разность поUvon Р -крп е генциалов между эталонным и контролируемым образцами, При и|(рр--ицзаряд на Динамическом конденсаторе и сигнал на входе предусилителя становятся равны нулю, а при не-jj выпопнении этого равенства сигнал возрастает с возрастанием по абсолютной величине напряжения Uj/p Оц. Усиленный сигнал с выхода предусилителя 3 посчупает на вход первого заградительного филь1ра 8, настроенного на низкую частоту, где отфильтровывается сигнал низкой частоты. Поэтому на вход амплитудного детектора 16 поступает только высокочастотный сигна. Пос-, ле амплитудного детектирования с помо- шью второго заградительного фильтра 9, настроенного на высокую частоту (JUg выделяется низкочастотная огибающая высокочастотного сигнала, которая поступает на вход второго фазового Детектора 7 куда также поступает опорный сигнал с низкочастотного генератора 6, Продетектированный сигнал через сумматор 14 поступает на вход интегратора 10, Соотношение фаз прямого и опорного сигналов поступающих на второй фазовый детектор 7, выбирается таким образом. Чтобы выходное напряжение фазового детектора 7 146 повышалось при ,pii понижапогь при ,. При этом испопьэуется тот факт, что при переходе потенциапа компенсации через значение, равное контактной разности потенциалов, фаза сигнапа с динамического конденсатора изменяется на противопопожную. :. При выпопнении равенства г-(J заряд на динамическом конденсаторе равен нулю и сигнал на входе фазового детектора 7 отсутствует. При отклонении потенциапа компенсации от контактной разности потенциалов на входе фазового детектора 7 появляется сигнал соответствуклцей фазы, который приводит к изменению потенциала компенсации таким образом, это равенство восстановилось, Еспи потенциал компенсации значительно отличается от контактной разности потенциалов, то сигнап на выходе преТРусипитепя 3 возрастает настолько, что происходит ограничение сигнала по ампитуде. В этом случае сигнал на входе фазового детектора 7 отсутствует и описанная выше цель компенсации не работает, а компенсация осуществляется следующим образом. На выходе амплитудного детектора, в данном случае, присутствует высокий постоянный потенциал, который является выпрямленным сигналом с предусилителя 3, Этот высокий потенциал сглаживается сглаживающим фильтром 17, отпирает электронноуправ- ляемый ключ 15 и сигнал высокой частоты с предусипителя 3, через первый заградительный фильтр 8 поступает на ,первый фазовый детектор 5, куда также .поступает опорный сигнал от генератора высокой частоты 4, Продетектированный сигнал поступает через открытый электронноуправляемый ключ 15 и сумматор 14 на вход интегратора 1О, предотвращаюшего самовозбуждение цепи компенсации и д|1лее на контролируемый образец. Соотношение фаз сигналов, поступающих на первый фазовый детектор 5, выбирается также, как и для второго фазового Детектора 7. Поэтому потенциал компенсации будет приближаться к значению контактной разности потенциалов. Когда вследствие приближения (J, к Уцр сигнал на выходе предусилителя 3 уменьшится настолько, что предусилитель выйдет из режима ограничения, уменьшится постоянный потенциал на выходе амплитудног Детектора 16, При этом эпектронноупра ляемый ключ 15 закроется, а устройст7Q-72A
DO перейдет к режиму описанной компенсации по низкочастотной огибающей высокочастотного сигнапа.
Таким образом, при эначитегизном отгшчии потенциала компенсации от значе- 5 кия контактной разности потенциапов, уст-ройствао осушествияет компенсацию по высокочастотному сигнапу, а при приближении и , к UKP устройство переходит в режим компенсации по низкочастотной О огибаклцей высокочастотного сигнапа, что ;1озвогшет повысить точность измерения контактной разности потенциалов.
Кроме того, устройство позволяет производить исследования быстрых измене- И НИИ контактной разности потенциалов при раапичнь:х воздействиях на измеряемую поверхность и осуществлять сканирование поверхности измеряемого образца эталонным с целью определения топологии рас- «fO пределения работы выхода электронов.
Форму л а. изобретения Устройство для измерения контактной разности потенциалов, содержащее динамический конденсатор, образованный эталонным и контролируемым образцами, первый из которых механически соединен с электромеханическим вибратором и электрически соединен с входом предусилителя, генератор высокой частоты, соединенный с электромеханическим вибратором и первым фазовым детектором, генератор низкой частоты, соединенный с эарктро14 8
механическим вибратором и вторым фазовым Детектором, первый заградительный фильтр, включенный между выходом предусилителя и входом первого фазового Детектора, второй заградительный фильтр, выход которого соединен с входом второго фазового детектора, и интегратор, выход которого соединен с держателем контролируемого образца и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в режиме со значительным отличием потенциала компенсации от величины контактной разности потенциапов, в него введены сумматор, один из входов которого соединен с выходом второго фазового детектора, а выход - с интегратором, эНектронноуправпяемый кпюч, включенный между выходом первого фазового Детектора и вторым входом сумматора, и амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом первого заградительного фильтра, а выход - с входом второго загради те ггь кого фильтра и через сглаживающий фиггьтр соединен с управляющим входом эпектронноуправляемого ключа.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Илюкович А. М. Техника электрометрии.М.,Энергия, 1976, с 335.
l.bCot-t ВИ-,ЬееТ.1-А ixuoirecyuevicv vibvatw capacitor vmetViod for covitact ptentioE a-ifierence measuretnehts..P.t., 1969,11,/9, 785-7gS(;npOTo-rMn
