Способ измерения поверхностных зарядов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЗАРЯДОВ, включаювдй индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, на пластине индуктора с последующей передачей части индуцировакного заряда на накопитетгь известной емкости и измерение потенциала накопителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения малых поверхностных зарядов 5, индуцирование и передачу индуцированных зарядов на накопитель производят многократно до тех пор, пока экспоненциально возрастающий потенциал накопителя не станет с заданной точностью равен потенциалу индуктора, выведенного КЗ поля действия измеряемого заряда. SZZS2Z2 Ю ipua.l

СОЮЗ СОВЕТСНИХ Я И

РЕСПУБЛИН

3(59 G 01 R 29/24

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

I10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3506498/24-21 (22) 27 . 10. 82 (46) 30. 11.84. Бюл. У 44 (72) Г. В. Гуртяченко, К.Н. Евтюхов, И.А. Ненфельд и В.Н. Фимушкин (7l) Брянский ордена Трудового Красного Знамени технологический инсти- . тут (53) 621.317 (088.8) (56) I. Авторское свидетельство СССР

У 320788, кл. G Ol R 29/12, 22.12.69.

2. Губкин А.И. Электреты, И,.

"Наука", 19?8, с. 95-96 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЗАРЯДОВ, включающий индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, на пластине нндуктора с последующеи передачеи части индуцированного заряда на накопитель известной емкости и измерение потенциала накопителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения малых поверхностных зарядов, индуцирование и передачу инлуцированных зарядов на накопитель nãñèçводят многократно до тех нор, пока зкспоненциально возрастающий потенциал накопителя не станет с запалый точностью равен потенциалу индуктора„выведенного из поля действия измеряемого заряда, Изобретение относится к -гзмеренню электрических величин и может быть использовано, в частности, для изучения свойств диэлектрических и полупроводниковых электретов.

Известны способы измерения поверхностных зарядов, основанные на преобразовании постоянного сигнала в переменный с помощью вибрационного или вращающегося датчика И .

Недостатком этих способов является значительная погрешность измерений за счет проявления контактной разности потенциалов в системе элек тр Од — лов ерхнос ть .

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения поверхностных зарядов, включающий индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, HG пластине Hp дуктора с поспецующей передачей части индуцированного заряда на накопитель известной емкости и измерение потенциала накопителя (2) .

Недостатками известного способа являются низкая чувствительность и точность измерений.

Цель изобретения — повышение чув. твительности и точности измерЬния малых поверхностных зарядов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерен:-. . поверхностных зарядов, включающему индуцирование заряда, равного по величине измеряемому заряду, на пластине индуктора с последующей передачей части индуцированного заряда на накопитель известной емкости и измерение потенциала накопителя индуцирование и передачу индуцированных зарядов на накопитель производят многократно до тех пор„ пока эксноненциально возрастаюпр и потенциал накопителя не станет с заданной точностью равен потенциалу индуктора, гьгведенного из поля действия измеряемого заряда.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемая заряженная плоская поверхность индуцирует заряд на электропроводящей пластине индуктора, находящейся на столь малом расСтОяНИИ От ПОВЕрХНОС«И., ЧТО ПОЛЕ в зазоре является однородным. Тогда величчна индуцированного заряда равна величине заряда поверхности с обратным знаком. Затеи пла«тина инцук-., тора вьгносится из поля, создаваемого измеряеггым поверхностныи зарядом, прн этом пластина индуктора приобретает потенциал q> = q /С „, где q заряд пластины индуктора, равный измеряемому заряду; С г« „— эл ек трическая емкость пластины. После этого пластина индуктора электрически cBR зывается с накопителем. имеющим ем10 кость Сгг, значите|ьно большУю чем Ся., и в исхоДном состовнии нея4 заряженным. После перераспределения заряда накопитель получает часть заряда с где Ся величина, немного мень«) и

Ся - ns шая единицы.

В результате этого первого единичного акта передачи заряда накопитель приобретает потенциал

Ф н т «, +с ко т орый з начи тель но ме ныне и О те нциала С . Этот процесс повторяется многократно, причем величина заряда,, лереходящего "пластины :индуктора на накопитель, уменьшается с рос: ои числа актов индуцирования.

При повторении процесса и раз.. на.копитель приобретает заряд

q " = аф о((а 1 „, а).„ = д(1- а, =«)(a--»- 1 —

<-а

3 > и потенциал

При n — G заряд накопителя асимптотическн приближается к предельному значению Qг, = q. С („, которое значительно больяге заряда а потенциал его приолижается к значению « — потенциалу пластины индуктора„ которая несет заряд, равный измеряемому поверхностному заряду. и выведена с гоголя деиствия ызмеряе мого заряда.

Поскольку величина завяла, получаемого накопителем при кадром акте передачи много меньше к:нечного ïðåцельного значения 4,, 1ri Функ ггня, Описывающая возрастание заряда и потенциала нак c 1Hòе чя с О временем,. достаточно тОчнО ап,;:рокснмнр «ется экспоненциальной э,-.вьс ямостью

Чгг H« -" . g,„- -;, 1-е

1126902

НИ4ПИ

Ъ7 >аж 7 1 0

Заказ 8687/35

Подписное где К, = И па, (((О)

И вЂ” числа актов индуцирования и передачи заряда на накопитель в единицу времени.

НА фиг. 1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 — диск с пластинами индукторав. устройство содержит диск 1, выполненный из диэлектрического мате- .10 риала. На его поверхности, обращенной к поверхности 2, заряд которой измеряется, закреплены изолированные друг от друга проводящие индукторы 3, выполненные в виде секторов, площади и емкости которых одинаковы и известны. Диск 1 установлен на

o;v. 4, кинематически связанной с приводам, и эаэемлен через щетку 5 и столик 6. Щетка 5 установлена ат- 2п насительно столика 6, -несущего заряженную поверхность 2, таким образом, чтобы заземление каждого индуктора 3 нарушалось в момент полного совпадения заряженной поверх- 2 ности-2 и индуктора 3. Для обеспечения условия однородности поля заряженной поверхности 2 расстояние и между ею и индукторами 3 должно удовлетворять условию й(а Ъ, Й где Ь, — линейные размеры заряженной поверхности 2. Размеры индукторов 3 должны превосходить размеры заряженной поверхности 2, а расстояние между индукторами 3 много больше величины зазора d. Для исключения электризации диска 1 о воздух гри его вращении устройство во время измерений помещается в вакуумную камеру (10

10 мм рт. ст.). .Индукторы 3 через щетку 7 связаны с накопителем 8, выполненным в виде конденсатора иэвестнай емкости, который соединен с измерительным прибором 9.

Заряженную поверхность 2 с эаэа— рам помещают на столик 6 и эакх ючают устройство в вакуумную камеру.

Затем диск 1 приводят во вращение.

После прекращения возрастания потенциала накопителя 8 производят отсчет величины Цд и по формуле ц

=Ц /Ся„ рассчитывают величину поверхнасткага заряда.

Предлагаемый способ обладает высокой чувствительностью благодаря тому чта -после многократного индуци) равания потенциал накопителя достигает величины ф которая в с пъ раэ превосходит величину потенциала (Ц накопителя после однократной

Н и ер едач и ему э ар яда . точность измерений повьппается эа счет того, что при многократном индуциравании усредняются отклонения величип индуцираванных на пластинах . индуктора зарядов от среднего зна— чения q равного измеряемому поверхностному заряду. Кроме того, при приближении потенциала накопителя к предельному значению и флуктуации о величины индуцируемага в каждом отдельном акте заряда иэ-за уменьшения час.ти индуцированного заряда, передаваемога на накопитель ва все меньшей степени влияют на потенциал накопителя.

Благодаря высокой точности и чувствительности предлагаемый способ можно испольэовать для исследования полупроводниковых и диэлектрических материалов, применяемых в полупроводниковой и радиоэлектронной промышленности. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4