SU972414A1 - Устройство дл измерени контактной разности потенциалов - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ

1

Изобретение относитс  к эпектроизмерени м , в частности к технике измерени  контактной разности потенциапов, и может быть использовано Дп  KcsiTpoiM состо ни  поверхностей проводников и попупроводников.

Известно устройство дн  измерени  контактной разности потенциалов, соДер - жащее динамический конденсатор, образованный неподви}кной и подвижной .ппастннами , источник компенсирующего напр жени , подключенный одним пошосом через добавочный резистор к подвижной ппастине, генератор низкой частоты, первый выход которого соединен с вт(эым полюсом источника компенсирующего напр жени , 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  вл етс  низка  точность измерени . На точность измерений вли ет как наличие зар женных частиц между пластинами измерительного динамического конденсатора, так и наличие случайных электрических попей возле динамического конденсатора.

10 Поэтому известное устройство не позвол ет производить измерени  в случае, когда контролируема  поверхность эмиттирует зар женные частицы. Кроме того, показани  устройства сильно завис т от

15 рабочего зазора между контролируемой и эталонной поверхност ми.

Известно также устройство дл  измерени  контактной разности потенциалов,

20 свободное от описанных выше недостатков и содержащее динамический конденсатор , образованный эtaпoннoй и контрогшруемой поверхност ми, перва  из кото397 рых механически соединена с эпектромеханическим вибратором и электрически соединена с входом предусипитеп , 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 предусигитеп  и входом первого фазового детектора, второй заграДитепъный , вкпюченный мейшу выходом преду си пи те п  и входом второго фазового детектора, интегра тор, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, а выход - с входом регистратора и держателем контропируемой поверхности. Модул ци  рабочего зазора измеритепь нрго динамического конденсатора, образо ванного эталонной и контролируемой поверхност ми , осуществл етс  одновременно на Двух частотах, а компенсаци  вели чины контактной разности потенциалов ве детс  по низкочастотной огибающей сигпапа высшей часготы . В известном устройстве дл  достиже1 и  высокой точности отслеживани  контактной разности потенциалов, предусипитеггь должен иметь высокий коэффициент усилени . При значительном отличии потенциала компенсации от величины контак гной разности потенциалов, а также при включении устройства, сигнал на входе предусипитеп  может иметь большую амплитуду и поэтому преду си пи те ль может перейти в режим ограничени  выходного сигнапа. При этом тер етс  низкочастотна  амплитудна  модул5ши , т.е. низкочастотна  огибающа  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 измерени . Цепь изобретени  - повышение точнос ти измерений в режиме со значительным отпнчием потенциала компенсации от вет- чины контактной разности потенциалов, и в частности при включении устройства. Поставленна  цепь достигаетс  тем, что в известное устройство дл  измерени , 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 предусилител , 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 л  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, электронноуправл емый 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 управл ющим входом электронноуправп емого 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 измер емого образца, регистратор 12, контролируемый образец 13, сумматор 14, эпектронноуправп емый 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 различи  работ выхода электрона эталонного и контролируемого образцов динамический конденсатор будет иметь зар д Чу-Чэ где (у - работа выхода электрона контролируемого образца; работа выхода эпектрона эталонного образца; зар д 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 посто мной времени входной цепи предусипигеп  3 периодическое изменение емкости конденсатора вызывает по вление на входе предусипитеп  3 переменного потенциапа, который представ 1 ет собой копебани  высокой Частоты, промодупиррванные по амппитуде низкой частотой и копебани  низкой частоты. Модул ци  высокочастотных копебаиий низкой частотой происходит вспедствие периодического изменени  коэффициента преобразовани  динамического конденсатора при изменении зазора меж ду эталонным и контропируемым образцами , вызванного низкочастотными копебани ми эталонного образца, С выхода интегратора 10 на контролируемый образец- 13 подаетс  потенциал компенсации Uj поэтому величина зар да будет равйа Q--CCU., I, -Ч „ контактна  разность поUvon Р -крп е генциалов между эталонным и контролируемым образцами, При и|(рр--ицзар д на Динамическом конденсаторе и сигнал на входе предусилител  станов тс  равны нулю, а при не-jj выпопнении этого равенства сигнал возрастает с возрастанием по абсолютной величине напр жени  Uj/p Оц. Усиленный сигнал с выхода предусилител  3 посчупает на вход первого заградительного филь1ра 8, настроенного на низкую частоту, где отфильтровываетс  сигнал низкой частоты. Поэтому на вход амплитудного детектора 16 поступает только высокочастотный сигна. Пос-, ле амплитудного детектировани  с помо- шью второго заградительного фильтра 9, настроенного на высокую частоту (JUg выдел етс  низкочастотна  огибающа  высокочастотного сигнала, котора  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 пр мого и опорного сигналов поступающих на второй фазовый детектор 7, выбираетс  таким образом. Чтобы выходное напр жение фазового детектора 7 146 повышалось при ,pii понижапогь при ,. При этом испопьэуетс  тот факт, что при переходе потенциапа компенсации через значение, равное контактной разности потенциалов, фаза сигнапа с динамического конденсатора измен етс  на противопопожную. :. При выпопнении равенства г-(J зар д 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 по вл етс  сигнал соответствуклцей фазы, который приводит к изменению потенциала компенсации таким образом, это равенство восстановилось , Еспи потенциал компенсации значительно отличаетс  от контактной разности потенциалов, то сигнап на выходе преТРусипитеп  3 возрастает настолько, что происходит ограничение сигнала по ампитуде . В этом случае сигнал на входе фазового детектора 7 отсутствует и описанна  выше цель компенсации не работает , а компенсаци  осуществл етс  следующим образом. На выходе амплитудного детектора, в данном случае, присутствует высокий посто нный потенциал, который  вл етс  выпр мленным сигналом с предусилител  3, Этот высокий потенциал сглаживаетс  сглаживающим фильтром 17, отпирает электронноуправ- л емый ключ 15 и сигнал высокой частоты с предусипител  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 электронноуправл емый 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, выбираетс  также, как и дл  второго фазового Детектора 7. Поэтому потенциал компенсации будет приближатьс  к значению контактной разности потенциалов. Когда вследствие приближени  (J, к Уцр сигнал на выходе предусилител  3 уменьшитс  настолько, что предусилитель выйдет из режима ограничени , уменьшитс  посто нный потенциал на выходе амплитудног Детектора 16, При этом эпектронноупра л емый ключ 15 закроетс , а устройст7Q-72A

DO перейдет к режиму описанной компенсации по низкочастотной огибающей высокочастотного сигнапа.

Таким образом, при эначитегизном отгшчии потенциала компенсации от значе- 5 ки  контактной разности потенциапов, уст-ройствао осушестви ет 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 измерени  контактной разности потенциалов.

Кроме того, устройство позвол ет производить исследовани  быстрых измене- И НИИ контактной разности потенциалов при раапичнь:х воздействи х на измер емую поверхность и осуществл ть сканирование поверхности измер емого образца эталонным с целью определени  топологии рас- «fO пределени  работы выхода электронов.

Форму л а. изобретени  Устройство дл  измерени  контактной разности потенциалов, содержащее динамический конденсатор, образованный эталонным и контролируемым образцами, первый из которых механически соединен с электромеханическим вибратором и электрически соединен с входом предусилител , 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 предусилител  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 , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  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 , эНектронноуправп емый 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 управл ющим входом эпектронноуправл емого ключа.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Илюкович А. М. Техника электрометрии .М.,Энерги , 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

Claims (1)

1. Форму па. изобретения ¹ Устройство Для измерения контактной 25 разности потенциалов, содержащее динамический конденсатор, образованный эталонным и контролируемым образцами, первый из которых механически соединен с электромеханическим вибратором и элек- 10 трически соединен с входом предусилителя, генератор высокой частоты, соединенный с электромеханическим вибратором ‘’и первым фазовым детектором, генератор низкой частоты, соединенный с эпрктро— ;ι«

   14 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 цепью повышения точности измерения в режиме со значительным отличием потенциала компенсации от величины контактной разности потенциалов, в него введены сумматор, один из входов которого соединен с выходом второго фазового детектора, а выход - с интегратором, эНектронноуправпяемый 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 фильтр соединен с управляющим входом эпектронноуправпяемого ключа.