Устройство для измерения поверхностного потенциала

 

Изобретение может быть использовано в приборостроении, микроэлектронике , радиоэлектронике для контроля качества поверхности материалов. Устройство для измерения поверхностного потенциала содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены катод 2 из вольфрама, формирующий элемент 3, источник 4 постоянного напряжения и образец 5, электрометрический усилитель 6, аналого-частотный преобразователь 7, дифференцирующий блок (ДБ) 9, содержащий счетчик 8, оперативно-запоминающий блок (ОЗБ) 10 и компаратор 11, ДБ 13, содержащий счетчик 12, ОЗБ 14 и компаратор 15, источник 17 медленноменяющегося напряжения , блок 18 памяти, цифроаналоговый преобразователь 19, измерительный блок 20. Изобретение повышает точность измерения путем проведения процесса измерения малыми токами, а также снижения наводок и помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Ш (Л СП 4 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 1345144 (51) 4 С 01 К 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4074608/24-21 (22) 28.04.86 (46) 15.10.87. Бюл. Ф 38 (71) Украинский заочный политехнический институт им. И.З.Соколова (72) С.И.Гордеев, В.В.Борисов, О.С.Медникова, Б.Е.Погорелов, А.M.Øêèëüêî и В.Ю.Родионов (53) 62 1.317(088.8) (56) Черепнин В.Г. Методы и приборы для анализа поверхности материалов °

Киев: Наукова думка, 1982, с.398.

Комолов С.А. Интегральные методы вторично-электронной спектроскопии.—

Поверхность. Физика, химия, механика, M.: АН СССР 1985, У 5, с. 5-20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПОТЕНЦИАЛА (57) Изобретение может быть использовано в приборостроении, микроэлектронике, радиоэлектронике для контроля качества поверхности материалов.

Устройство для измерения поверхностного потенциала содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены катод

2 из вольфрама, формирующий элемент

3, источник 4 постоянного напряжения и образец 5, электрометрический усилитель 6, аналого-частотный преобразователь 7, дифференцирующий блок (ДБ) 9, содержащий счетчик 8, .оперативно-запоминающий блок (ОЗБ) 10 и компаратор 11, ДБ 13, содержащий счетчик 12, ОЗБ 14 и компаратор 15, источник 17 медленноменяющегося напряжения, блок 18 памяти, цифроаналоговый преобразователь 19, измерительный блок 20. Изобретение повьппает точность измерения путем проведения процесса измерения малыми токами, а также снижения наводок и помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1345144

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электроизмерениям, и может быть использовано в приборостроении, микроэлектронике, радиоэлектронике для контроля качества поверхности материалов.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем проведения процесса измерения малыми токами, а также снижения наводок и помех.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 — зависимость количества импул:ьсов от напряжения на катоде (первая задержка); на фиг ° 3 — производная кривой задержки.

Устройство состоит иэ вакуумной камеры 1, внутри которой расположен катод 2, выполненный из вольфрама, формирующий элемент 3, соединенный с источником 4 постоянного напряжения. Образец 5 соединен с входом электрометрического усилителя 6, выход которого соединен с входом аналого-,частотного преобразователя 7.

Выход аналого-частотного преобразователя.7 соединен с входом счетчика 8 первого дифференцирующего блока 9, содержащего также оперативно-запоминающий блок (ОЗБ) 10 и компаратор

11. Выход блока 9 соединен с входом счетчика 12 второго дифференцирующего блока 13, содержащего также оперативно-запоминающий блок (ОЗБ) 14 и компаратор 15. Выход компаратора

15 соединен с управляющим входом первого блока 16 памяти, вход которого соединен с выходом источника 17 медленно меняющегося напряжения, а выход — с входом второго блока 1.8 памяти. Управляющий вход блока 18 памяти соединен с управляющим выходом источника 17, а выход блока 18 памяти соединен с входом цифроаналогового преобразователя 19, выход которого соединен с измерительным блоком 20.

Кроме того, в каждом дифференцирующем блоке выход соответствующего счетчика соединен с первым входом соответствующего компаратора и с входом соответствующего оперативного запоминающего блока, выход первого из которьгх со динен с вторым входом соответствующего компаратора, выход второго компаратора и вход первого счетчика являются вьгходом и входом соответствующего дифференцирующего блока.

10 15

Устройство работает следующим об-, разом.

Источник 17 медленно меняющегося напряжения формирует ступенчатое напряжение, которое подается «а катод

2. Электронный пучок покидает катод

2 и проходит формирующий элемент 3.

В пространстве между формирующим элементом 3 и образцом 5 электрон движется в однородном ускоряющем поле и приходит на образец с энергией, заданной источником 17 медленно меняющегося напряжения. В цепи образца 5 возникает ток, который усиливается электрометрическим усилителем 6. На выходе усилителя 6 получается кривая задержки, т.е. зависимость анодного тока от напряжения на катоде. Затем информация поступает на вход аналогочастотного преобразователя 7, где происходит переход токового сигнала в импульсный, т.е. вся кривая задержки делится на 60 ступенек, которые соответствуют ступенчатому напряжению, сформированному в источнике 17 (устройство позволяет pecBfHpHth число ступенек до 1000). Каждому значению напряжения на одной ступеньке соответствует определенное количество импульсов. Поскольку напряжение на катоде меняется от "+" к "-", то число импульсов со временем растет.

Таким образом, число импупьсов на каждой последующей ступеньке будет больше, чем на предыдущей. На выходе преобразоватепя 7 кривая задержки имеет вид зависимости количества иМпульсов от напряжения на катоде (фиг. 2), (один импульс соответствует 10 A). Затем импульсы поступают на счетчики 8 дифференцирующего блока 9, который работает следующим образом. Счетчик 8 накапливает определенное количество импульсов, соответствующее данному значению напряжения, т.е. одной ступеньке. По окончании длительности первой ступеньки информация со счетчика 8 переписывается в ОЗБ 10., после этого счетчик

8 снова накапливает импульсы. Цифровой компаратор 11, собранный на сумматорах, непрерывно производит сравнение числа импульсов в счетчике 8 и в ОЗБ 10 и управляет выходом блока

9, так что пока число импульсов в счетчике 8 меньше, чем в ОЗБ 10, выход закрыт. Как только число импульсов в счетчике 8 и в ОЗБ 10 сравняет1345144 ся, открывается выход блока 9 и число импульсов, соответствующее разнице между первой и второй ступеньками на кривой, переходит в счетчик 12 блока 13. Таким образом, осуществляется первое дифференцирование кривой задержки, в результате которого получается кривая с максимумом (фиг.3).

Значение напряжения в максимуме соот= ветствует работе выхода образца минус работа выхода катода. Затем аналогичным образом производится второе дифференцирование кривой задержки в блоке 13. Компаратор 15 блока 13 определяет момент, когда число импульсов, поступающее в счетчик 12, будет меньшим, чем число импульсов, набранных в ОЗБ 14, которое соответствует максимуму первой производной кривой задержки, т.е. работе выхода.

Блок 16 в исходном состоянии находится в режиме считывания кода ступенек ступенчато меняющегося напряжения, формирующегося в источнике l7.

В точке максимума первой производной компаратор 15 дифференцирующего блока 13 переводит блок 16 из режима считывания в режим воспроизведения.

Блок 18 в исходном состоянии находится в режиме воспроизведения. B момент окончания нарастания пилообразного напряжения с выхода источника 17 на управляющий вход блока 18 подается команда, переводящая блок

18 в режим считывания, при этом информация о коде ступеньки, соответствующей первому максимуму производной кривой задержки, г выхода блока 16 попадает на выход блока 18 и хранится там до следующего момента окончания пилы напряжения. Код ступеньки с выхода блока 18 поступает на цифроаналоговый преобразователь 19, выполненный со смещенным входом операционного усилителя на величину работы выхода катода. Здесь код ступеньки преобразуется в аналоговое напряжение, которое затем подается на измерительный блок 20, где регистрируется работа выхода образца (в качестве измерительного блока может использоваться двухкоординатный самописец).

Таким образом, введение дифференцирующих блоков 9 и 13 и блоков 16 и

18 памяти позволяет автоматизировать процесс измерения работы выхода и сократить время измерения.

Устройство для измерения поверх35

„ ностного потенциала, содержащее катод, соединенный через источник постоянного напряжения с формирующим элементом, и расположенные в вакуумной камере источник медленно меняюще40 гося напряжения, соединенный с като дом, усилитель, соединенный с объектом контроля, измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измере45 ния, в устройство введены аналогочастотный преобразователь, первый и второй дифференцирующие блоки, первый и второй блоки памяти, цифроаналоговый преобразователь, причем выход

50 усилителя через аналого-частотный преобразователь соединен с входом первого дифференцирующего блока, выход которого соединен с входом второго дифференцирующего блока, управляющий выход которого соединен с уп55 равляющим входом первого блока памяти, вход которого соединен с выходом источника медленно меняющегося напряжения, управляющий выход которого

Введение второго дифференцирующего блока 13 и блоков 16 и 18 памяти позволяет осуществлять непрерывный контроль работы выхода при различных изменениях состояния поверхности образца (нагреве, напуске различных газов) и влияние этих изменений на состояние поверхности образца.

Введение электрометрического усилителя 6 и аналого-частотного преобразователя 7 позволяет измерять работу выхода на малых токах (10 о — 10 ""А) при работе с которыми уменьшается концентрация дефектов на поверхности в (т.ч. радиационных) в 10З. раз по сравнению с большими токами м 10 шА.

Это приводит к тому, что процесс измерения при работе с малыми токами не влияет на зарядовое состояние поверхности, что повышает точность измерения работы выхода.

Кроме того, введение аналого-частотного преобразователя позволяет вести обработку данных цифровым методом, что дает возможность избавиться от наводок и помех, которые существенно ухудшают работу аналоговой техники. Это позволяет уменьшить погрешность и повысить точность измерения. формула изобретения

1345144

Ж и

Составитель Е.Березов

Редактор А.Долинич Техред М.Ходанич Корректор А.Ворович

Заказ 4916/45 Тираж ?29 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 соединен с управляющим входом второго блока памяти, вход которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход через цифроаналоговый пре5 образователь — с измерительным блоком.

2. Устройство по п. 1, о т л . ич а ю щ е е с я тем, что каждый диф- 1б ференцирующий блок содержит счетчик, оперативный запоминающий блок и компаратор, причем выход соответствующего счетчика соединен с первым входом соответствующего компаратора и с входом соответствующего оперативного запоминающего блока, выход первого из которых соединен с вторым входом гоответствующего компаратора, выход второго компаратора и вход первого счетчика являются соответственно выходом и входом соответствующего дифференцирующего блока.