Устройство для измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики точечного контакта
Сеюз Советскнк
Социалнстическнк
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ
Опубликовано 23.12.81. Бюллетень Й9 47 Р1)М. К„.з G 01 R 31/26 Государствеииый комитет СССР по делам изобретениЯ и открытий (53) УДК 621. 382 (088.8) Дата опубликования описания (72) Авторы изобретения A.Â.Õîòêåâè÷ и В.В.Хоткевич (71) Заявитель Физико-технический институт низких.,температур. AH Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ВОЛЬТ-AMGEPHOA ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОЧЕЧНОГО KOHTAKTA Изобретение относится к электро" измерительной технике, к устройствам для измерения параметров точечных контактов и может быть использовано при создании вызокочувствительной измерительной аппаратуры (приемники излучения, смесители,магнитометры и др.) на основе точечных контактов, а также в материаловедении для изучения м тодом микроконтактной спектроскопии электрон-фононного и электрон-магнонного .взаимодействия в металлах при создании Новых материалов с заранее заданными свойствами. Известно устройство для измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики (BAX) образца посредством измерения зависимости второй производной его ВАХ как функции напряжения на образце (11. В устройстве через образец пропускается монотонно изменяющийся ток, промодулированный при помощи генератора гармонического напряжения, подключенного к образцу через фильтр параллельно источнику монотонно изменяющегося тока. Постоянная составляющая напряжения на образце подается на соединенный с ним вход Х двухкоординатного самопишущего потенциометра. Переменная составляющая напряжения на образце уси3 ивается подключенным к нему предусилителем, выход которого соединен со входом синхронного усилителя. Синхронным усилителем осуществляется селективное усиление и синхронное детектирование возникающего на образце и усиленного предусилителем напряжения второй гармоники сигнала модулирующего тока. Постоянное напряжение с выхода синхронного усилителя, пропорциональное второй производ15 ной вида d Ч fd I BAX образца подается на вход Y двухкоординатного самопишущего потенциометра н регистрируется последним как функция напряжения V на образце. 20 Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения нелинейностей BAX точечного кОнтакта (ТК), содержащее криостат с расположенным внутри 25 него ТК, источник монотонно изменяющегося тока, генератор гармонического напряжения, фильтр, селективный усилитель и синхронный детектор второй гармоники, а также двухкоор30 динатный самопишущий потенциометр 892361 В известном устройстве через TK пропускается монотонно изменяющийся ток, промодулированный при помощи генератора гармонического напряжения„ йодключенноГо к ТК через RC-цепь параллельно источнику монотонно изменяющегося тока. Постоянная составляющая напряжения, возникающего на TK подается на соединенный с ТК вход X двухкоординатного самопишущего дотенциометра. Напряжение второй гармоники сигнала модулирующего тока, возникающее на ТК, усиливается селективным усилителем, на вход которого переменная составляющая напряжения на TK поступает с выхода фильтра, вход которого соединен с ТК. Выход селективного усилителя соединен со входом синхронного детектора. Постоянное напряжение с выхода синхронного детектора, пропорциональное второй производной вида d V / dI BAX ТК подается на вход Y двухкоординатного самопишущего потенциометра и регистрируется последним как функция напряжения V на ТК (2). Недостатком известного устройства является низкая чувствительность, поскольку нелинейности BAX TK измеряются при наличии паразитного фона на зависимости d V /dI от Напряженйя V на ТК, который обусловлен изменением дифференциального сопротивления TK в связи с изменением его температуры при изменении пропускаемого тока. Следующим недостатком устройства .является зависимость степени раэмытия структурных особенностей BAX ТК от изменения дифференциального сопротивления ТК, что снижает точность ,их измерения. Цель изобретения — повышение чувствительности устройства и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измеренчя нелинейностей вольт-амперной харак-. теристики точечного контакта, .содержащее генератор гармонического напряжения и криостат с расположенным внутри него точечным контактом, к которому подключен выход источника монотонно изменяющегося тока и пер-, .вый вход двухкоординатного потенциометра через последовательно соеди:ненные фильтр, селективный усилитель и синхронный детектор второй гармоники, а также — второй вход двухкоординатного потенциометра, введены селективный усилитель и синхроннйй детектор первой гармоники, схема сравнения, источник опорного напряжения, †делите и преобразователь напряжение - ток, причем к точечному контакту подключен вход селективно,го усилителя первой гармоники, выход которого соединен со входом синхронного детектора первой гармоники, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, ко второму входу которой подключен источник опорного напряжения, выход схемы сравнения соединен с управляющим входом делителя, другой вход которого соединен с выходом генератора гармонического напряжения, а выход дели.теля через преобразователь напряжение — ток подключен к точечному контакту. На чертеже изображена структурная схема устройства. Точечный контакт (ТК). 1 помщен в криостат 2 и подключен к выходу 15 источника 3 монотонно изменяющегося ,тока., к выходу преобразователя 4 напряжение — ток,а также ко входу Х двухкоординатного (самопишущего) потенциометра 5, ко входу сещ лективного усилителя б первой гармоники и ко входу фильтра 7. Выход фильтра 7 соединен со входом селективного усилителя 6 второй гармоники, выход которого соединен со входом синхронного детектора 9 второй гармоники. Выход синхронного детектора 9 второй гармоники подключен ко входу Y двухкоординатного (самопишущего) потенциометра 5. Выход селективногО усилителя б первой гармоники соединен co аходом синхронного детектора 10 первой гармойики . Выход синхронного детектора 10 первой гармоники соединяется с одним иэ входов схемы 11 ЗЗ сравнения, ко второму входу которой подключен источник 1? опорного напряжения. Выход схемы 11 сравнения соединен с управляющим, входом делителя 13, вход делителя 13 соединен . о с генератором 14 гармонического напря>кения, а выход через преобразователь 4 напряжение - ток с ТК 1. Устройство работает следующим образом. Сигнал модулирующего тока, вырабатываемый преобразователем 4 напряжение - ток вызывает.появление на соединенном с ним TK 1 переменного напряжения, содержащего как первую так и вторую гармоники модулирующего сигнала. Напряжение первой гармоники модулирующего сигнала после усиления селективным усилителем б первой гармоники и детектирования синхронным детектором 10 первой H гармоники подается на схему 11 ñðàâнения, которая осуществляет сравнение величины продетектированного напряжения первой гармоники с величиной опорного напряжения, задавае р мого источником 12 опорного напряжения. В результате, схема сравнения 11:вырабатыветг сигнал обратной связи, который подается на управляющий вход делителя 13, изменяя ,его коэффициент деления. Выходной 892361 l . Ке i b R.G.,Graham Т. P., Roenker К. P .. neeast l c El ec tron Tunnel ing AnaXitical Techn1ghe AppIied Spec4О tro5copy i ЗО number 1 1976, р. 1-19. 2. Яйсон И.К. Туннельная спектроскопия примесей и квазичастичных возбуждений,в твердых телах Докторская диссертация, ФТИНТ AH УССР, Харьков, 1975, с.26-31 (прототип). сигнал генератора 14 гармонического напряжения подается на вход делителя 13, на выходе которого напряжение гармонического сигнала изменяется в соответствии с изменением коэффициента деления, задаваемого сигналом обратной связи. Преобразователь 4 напряжениеток затем преобразует выходное нап- ряжение делителя 13 в сигнал тока, используемый для мо лйции пропускаемого через ТК 1 тока от источни- . ка 3 монотонно изменяющегося тока. Необходимое для измерения значение величины первой гармоники модулирующего сигнала устанавливается перед началом измерения путем регулировки выходного напряжения источника 12 опорного напряжения. Напряжение второй гармоники сигнала модулирующего тока после выделения фильтром 7, усиления селективным усилителем 8 второй гармоники и детектирования синхронным детекто ром 9 второй гармоники регистрируется двухкоординатным самопишущим потенциометром 5 как функция напряжения Ч íà TK 1. При этом напряжение второй гармоники сигнала модулирующего тока про порционально второй производной вида d /0v 1одч/dl BAX ТК.Производ ная d/dv(ndv/dl связана с производной сРv/ñÏ < соотношением. d/d×Õïdv/dI=(dv/dÕ)" d v /ЙХ. Зависимость второй. производной d/dvXnv /dX от напряжения на ТК,равно как и зависимость второй произ . водной d v/di+ от напряжения íà ТК, отражает нелинейности BAX ТК, но лишена паразитного фона свойственного зависимости d ..v/d? .При этом возможно существенйое увеличение чувствительности наряду с повышением точности.измерения нелинейностей BAX TK. Формула изобретения Устройство для измерения нелиней.ностей вольт-амперной характеристики точечного контакта, содержащее генератор гармонического напряжения и криостат с расположеннйм внутри него точечным контактом, к которому подключен выход источника монотонно изменяющегося тока и первый вход двухкоординатного потенциометра через последовательно соединенные фильтр, селективный усилитель и синхронный детектор второй гармоники, а также-второй вход двухкоординатно. го потенциометра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерений, в него введены селективный усилитель и синхронный 115 детектор первой гармоники, схема сравнения, источник опорного напряжения, делитель и преобразователь напряжение-ток, причем к точечному контакту подключен вход селективного усилителя первой Гармоники, выход которого соединен со входом синхро ного детектора первой гармоники, выход которого соединен с одним нз ,входов- схемы сравнения, ко второму Входу которой подключен истОчник опорного напряжения, выход схемы сравнения соединен с управляющим входом делителя, другой вход которого соединен с выходом генератора гармонического напряжения, а» выход делиЗо теля через преобразователь напряжение-ток подключен к точечному контакту. Источники информации, 35 принятые во внимание при экспертизе 892361. Составитель Н.Чистякова Редактор H.Ïóøíåíêîâà Техред, Л. Пекарь КоРРектоР М. (лароши Заказ 11249/68 Тираж 735 Подписное ВНИИПИ Государственного Комитета СССР по делам изобретений И открытий 113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5 Филиал ППП Патент,г.ужгород, ул.Проектная,4
