Устройство для измерения работы выхода электронов

 

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 нульиндикатор 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

союз сопетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 27/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ч я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ъ (21) 46227 2/25 (22) 22,09.88 (46) 15.03.91, Бюл. M 10 (72) А. Н, Переяслов и В. В, Тюрин (53) 533.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 397833, кл. G 01 N27/62,,1973.

Приборостроение, 1980. ¹ 28, с. 55-58. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к технике измерений физико-химических характеристик материалов. Использование изобретения для контроля состояния поверхности полупроводников и деталей из металлов и

5Ы „» 16351 1 1 А1 сплавов позволяет повысить помехоустойчивость и точность устройства за счет расширения диапазона измерений в сторону малых значений. Устройство содержит нульиндикатор 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 подмагничиваюгцего напряжения и магнитострикционного преобразователя 9, никелевый вибратор 13 коToðого является эталонным образцом. 1 L1л.

1635111

55

Изобретение относится к технике измерений физико-химических характеристик материалов и может быть использовано для контроля состояния поверхности полупроводников и деталей из металлов и сплавов, Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и точности устройства эа счет расширения диапазона измерений в сторону малых значений, i(a чергеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

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, источник 8 подмагничивающего напряжения и магни1острикционный преобразователь 9, коэорый состоит из по lOlо каркаса 10 с обмоткой 11, резиновой прокладки 12 и никелевого вибратора 13, поверхность которо о является одной иэ обкладок динами<е лого конденсатора 7, другой обкладкой

vo l oporo является поверхность исследуемого образца 14.

Длину I никелевого вибратора 13 опред ляюг по формуле (1) где «li — гас гота генератора 4 переменного напряжения;

V. — модуль упругости (модуль Юнга) никеля р — плотность никеля, В основе работы устройства лежит сле! У !О! t Ll! Е

При вибрации эталонного образца по закону

d =- dp+а sin г»с, (2) где dp — расстояние л1ежду обкладками динал ическаго конденсатора 7 в состоянии покоя; а и 㻠— амплитуда и частота вибрации эталонного вибратора 13, емкость динамического конденсатора будет изменяться в соотвстствии с формулой с (3)

do+а в1пг»т где F. — диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего нрос1ранство между вибра1ором 13 и исследуал1ым образцом 14;

, — электрическая постоянная;

S — площадь обкладок динами, еского конденсатора 7.

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

Лiлг.кс S

q=C Лф= — — — . — — . (4)

d, +a э пг»

При этом во входной цепи электрометрического каскада будет протекать ток, равный г1г1 мфкк, S г» а cosa@

Со = 4( (dp + à sill г»1 )

Устройство работает следующим образом, Переменное напряжение от генератора

4 переменного напряжения и источника B подмагничивающего напряжения поступает на обмотку 11 магнитострикционного преобразователя 9.

Частоту генератора 4, лежащую в диапазоне 20 кГц — 100 кГц, выбирают такой, чтобы обеспечить возбуждение никелевого вибратора 13 на основной собственной (резонансной) частоте г», В этом случае возрастает амплитуда колебаний вибратора 13 и, как следствие, амплитуда полезного сигнала, определяемого по формуле (5). Для возбуждения вибратора 13 на резонансной частоте необходимо, чтобы выполнялось условие (1). Кроме того, при возбуждении вибратора 13 на резонансной частоте íà его длине укладывается по10вина длины волны звука, вызванной магнитным полем обмотки 11, так что в середине вибратора 13 образуется узел смещений стоячей волны.

Именно это обстоятельство прозволяет закрепить вибратор 13 в каркасе 10 на резиновой прокладке 12 за его середину.

Для получения оТ иибратора 13 еще большей амплитуды колебаний используют его подмагничивание электрическим током.

При этом подмагничигание осуществляют постоянным электрическил1 током, проходягцим от источника 8 оодл1агни ивающего напряжения вл1есте с. переменныл1 напряжением от генератора 4 по обмотке 11, Полезный сигнал с динамического конденсатора 7 поступает на электрометрический каскад 3, выполненный, например, на операционном усилителе, обладающим высоким входным сопротивлением и большим быстродействием, что обеспечивает усиление сигнала на рабочей частоте, и далее на селективный усилитель 2, настроенный на частоту, равную 2 л»1. Отличие рабочей частоты генератора 4 переменного напряжения оТ частоты настройки селективного усилителя 2 обьясняется тем, что особенностью магнитострикционных преобразователей является их четносгь, т. е, независимость направления деформации виГ>ра гора от направления магнитного поля, Помещенный в продольное магнитное поле никелевый вибратор 13 становится ко1635111 роче, чем в отсутствие поля. При изменении направления поля на противоположное вибратор 13 также укорачивается, а не удлиняегся. В результате концы вибратора 13 колеблются с частотой, и двд раза превыша- 5 ю!цей частоту переменного )<лпряжения генератора.

С выхода селективного усилителя 3 полезный сигнал поступает на нуль-индика ор

1, функции которого может выполнять ос- 10 циллограф.

Для определения численного значения рабогы выхода электронов на динамический конденсатор 7 подают компенсирующее напряжение от рсгулиру(ощего I5 источника 5 постоянного нлпряжес<ия. (1ри равенстве величин контактной разности потенциалов и нлпря>ке)!.1я or регулируемого источника 5, определяемом по нуль индикатору 1, показания воль)ме(ра 6 будут сnof- 20 ветствовать уровнк) Knt<таKT«né разности потенциалов. Зная значение контактной разности погенциллов, равной Лр, « работы вt-.lxoäý элеKTðnilов из этд);oнногn образца (никелевого вибрлтора) l.".» г л«нс>й А), по 25 известной формуле (Oat<0 лггко ОГ:ределить работу выхода nnpvrpot

Для оценки эффекта, получае(о.0 flpii использовании устройс-i «л, (E;)! )(f)unn>к<)м, 30

ЧтО УРОВЕНЬ (<ОМЕ;: РЛ«ЕН in, ТС)ГДЛ nffi(E;iii-ние сигнал/помеха дпя устройст«д-про<огиIn-о па DBBHo —.—, д для ГlредллГлемОГО

ln

<Г1 устройства — --.—, где 11 — лмппи(уда с<)гнлl(i

))a, равная

2 ).ър(:r- > S o)I а) ! с) 2 сов 2 сл! ((- ) (d(> -+ л1 sir! 2 (<)1 T) где а) — амплитуда колебал<1<1 кîl lов никелево о вибрдторл 13. Выи(рыш v. помехоустоичивости а Определя)от по формуле

<с 1

<и сс1 45 а =- —. (7)

<с > Ir.r?

ICE

Рассмотри(1 наглядный случай, Kore;) л! а — =- —, тогда

С)о ()с) с !) .2 с()1 д) (. =— о) а

Если учесть, ч!о члг.fn)л в()брлции эталона у ус! ро<)с! «л-r;pn In) k) ft a равна 127 Гц, у предлагаем()с ) ус!p(ii)(:т«л - 20 к1 ц. а рел) альное Oft<0((lpt

Формупл vзобретения

Устройство д. <)з.".<ерен(1я работы выхода эпеKTpn! I )B, сг)деря(л<цпе генератор переменнnfî нлпря>к;н«я, соединенные

ПО(:Л . )О. ) iT(.ПЬtin .)!ir, РО(1(?Т!)«с<сзсх«<1 КЛСКад, (,Елp; <1« Н:lkl у(« Ii, Е)) Ь И Н )i)) Ü ИНДИКд? О!), pr.. .Ã) /IL1pус:(il iс".

НЛПГ)ЯХ(ЕС<«< ««();)Ьт<1.(!>. Пс.РВЫО ВЫВОДЫ

E0f0Pl I C fI, ?nKrI,n rp i! l i (!<)(,ЕP»НОC Ik; Эталонно о амбр)3!, ) )TOI - i«n«àòñ÷ первой обv!1«дк0L1 !i!1!i:<м«ч с Knf 0 конде <слтора, В О!)()(1 Cjfi" Л ) i«nil Vni

Х Н (? С с l)r . C;! i P,Л У 0 »1 0 n r i (. П Л 3 Ц Л, С 0(, 1 И Н Е Н Н Л Я

Г, <<СсР;!.i i <)Х<)Д(?М .)(<Г!. (?С);1Ет(?«<Есi;nrO КаСКад-), «10(?(Ell «(!д С О!(рс)ГО (?бЬЕдИН H С «TO рымс) f:I,l«n,:L«;.1<1 гг,, Л;iI?Err„.inãn ИС(оч)<«ка

Пас:10-;<<«С; Гс 1".-(<р:с,l.r r.iir ««""ЛЬ)МЕтра И

lI0Д! I! <с! с С . rill) I Г <,, )С rin f 0 ()ОТЕН ЦИДЛЛ, п с !I L1 i:) !О . ; (: " ": (e»1. < C), (; ЦЕ!LhH!

ПО(С<,<ШЕI .<1 <С!.! ), Г: .:!««ссrl «тСсЧНОСт« уг rро с (Г.l.,)" Г I; т (; с Iiii!)с Н«я дс)ЛПЛЗОНД изь)(.:ре«<11 f r Г)!. il, l.,!c!.,!K з<слч <<«й, в усТ ПО<1ГTI .n В «с- дс Н С Iir, «с << с!!1 (1, .i! IL1? Гсст I? Il!;ц«он ны 1

Пр00

:) та с! О!

ГЕ, !СГ);С ГГ?!).) (Iс,-г" 1 .»,,, ГО i E(!P I>V Н«Я L1 ИСто

ПО фОР",i;.ЛЕ ! — ); (r!1

ГДЕ (r), — r ;)r E(),n <:с с : npn П; ОЕМЕННОГО

I;! Ã! I? ) >к с r L1 «;

Г i ) I. i i I, i, r i . i с? я ;

/) - (i!! 0 II (с Г !I » <Г»