Измерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет автоматизировать измерение ионного тока насыщения и температуры электронов плазмы . Линейно изменяющийся сигнал от генератора 1 линейно изменяющегося напряжения подается на электрический зонд 21. Дифференщ1альные усилители 6 и 8 вьщают сигналы, пропорционапьные ионному и результирующему токам плазмы, дифференциальный усилитель 7 вырабатьшает сигнал, пропорциональный электронному току плазмы, далее этот сигнал логарифмируется (блок 10) , дифференцируется (блок 11), масштабируется (блок I2) и передается на устройство 22 регистрации, где отображаются две величины: ионньш ток насыщения и температура электронов плазмы, 1 ил. с Ф (Л с: DO 4 00 СО 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) 4 С 01 N 27/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1;Я)(" i Е1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4021593/24-24 (22) 30.12.85 (46) п7.10.87. Бюл. К 37 (72) Н.H.Глотова, А.Ф.Катков и К.H.Петров (53) 628.325(088.8) (56) Методы исследования плазмы.

/Под ред. Лохте-Хольтгревена. М.:

Мир, 1971, с.460-464.

Авторское свидетельство СССР

N - 1081440, кл. G 01 К 15/00, 1983. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет автоматизировать измерение ионного тока насыщения и температуры электронов плазмы. Линейно изменяющийся сигнал от генератора 1 линейно изменяющегося напряжения подается на электрический зонд 21. Лифференциальные усилители

6 и 8 выдают сигналы, пропорциональные ионному и результирующему токам плазмы, дифференциальный усилитель 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный электронному току плазмы, далее этот сигнал логарифмируется (блок

10), дифференцируется (блок 11), масштабируется (блок 12) и передается на устройство 22 регистрации, где отображаются две величины: ионный ток насыщения и температура электронов плазмы, 1 ил.

1343338

Изобретение относится к ус.(ройст— вам для измерения параметров плазмы, в частности для определения ионного тока насьпцения и температуры электронов при диагностике и принятии решений в процессах упранления низкотемпературной плазмой, и может быть использовано для контроля технологических процессов при проиэводстне интегральных схем, а также в экспериментальной физике для проведения экспериментов с низкатемпературной плазмой, Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет определения ионного тока насыщения и температуры электронов плазмы.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройстна.

Устройство содержит генератор линейно изменяющегося напряжения, первый 2 и нторой 3 диоды, первьп 4 и второй 5 резисторы, первый дифАеренциальньп усилитель 6, третий дифференциальный усилитель 7, второй дифференциальный усилитель 8, первый блок 9 памяти, вычислитель 10 температуры электронов плазмы, содержащий блок 11 логарифмирования, блок 12 дифференцирования и блок 13 масштабирования.

Кроме того, устройство содержит второй блок 14 памяти, первый 15 и второй 16 двухпороговые компараторы, входы задания первого и второго порогов которых подключаются через соответствующие нходы задания режима измерения устройства к источникам

17-20 опорного налря)кения.

Информационный вход устройства подключается к электрическому зонду

2). Выходы значений ионного тока насыщения плазмы и температуры электронов плазмы устройства могут подключаться к устройству 22 регистрации.

В основе измерений лежит известный метод. На первом этапе снимается зондовая вальт-амперная характеристика плазмы с помощью измерительных приборов. Для этого между зондом и опорным электродом вводят некоторую разность потенциалов, величину и пав лярность которой можно изменять регулирующим источником, состоящим из источника .напряжения и реостата.

Измерения начинают с фиксации и последующего запоминания величины ионного така насыщения T+, ° Затем из полного тока зонда I вычитают измеренную величину I+0 и получают значения электр- нного тока плазмы

Ie, как функции разности потенциалов между зондом и опорным электродом °

После этого производят построение в логарифмическом масштабе графика

1p =f (U), где U — разность потенциалов между зондом и опорным электродом.

Наклон кривой этого графика в области

0 определяется уравнениями !

1 = V + Vр

5Р

15 eVp

Tе ео exP(1-т-), -е

1пТ е 1пТ Ро) е7

1 "е где Ч вЂ” разность потенциалов между

20 опорным электродом и слоем пространственного заряда;

V — потенциал поверхности зонР да по отношению к границе слоя пространственного эа25 ряда;

Iео — электронный ток насьппения плазмы;

Iп — электронный ток; — постоянная Больцмана;

30 е — заряд электрона;

Т вЂ” температура электронов, Если электроны пмеют максвелловское распределение, то наклон постоянен и дает величину температуры электрояов плазмы

d1nI p din Te e

Т, V (0 °

dU d$ k

k, dlnIe

Т е = e dV

Устройство работает следующим образом.

Линейно изменяющийся сигнал от генератора 1 через первый 2 и вто45 рой 3 диоды, первый 4 и второй 5 резисторы подключается к электрическому зонду 21. На первом 2 и втором 3 диодах происходит разделение полного тока и его ионной составляющей, а выделенные на первом 4 и втором 5 резисторах сигналы, пропорциональные соответственно ионному току насьпцения плазмы и результирующему току электрического зонда 21, поступают на второй 8 и первый 6 дифференциальные усилители. С выхода второго дифференциального усилителя 8 сигнал, соответствующий ионному току насьпцения плазмы, поступает на ин134 71!8 формат»ионный вход блока 9 памяти. Р;3ботой блока 9 управляет двухпороговый компаратор 15, который в нужтптй момент вырабатывает управляющий импульс, подаваемый на вход выборки блока 9 > где гроис. .Одит фиксация з тачения аналоговой величины. Для фиксации в блоке 9 значения, соответстету щего значению ионного тока насьш»ения плазмы, необходимо !Iaгтроить и»то"-ники 17 и 18 таким образом, чтобы

0 ) U 1«) U,„, U„" л 1.1=11ie где Итт и 13>п - наттряжстт?333 1»а исто 1никах 17 и 18 опорлсго 1»апряжет»1;я соответ- -

CTi >" >IIO;

d U — вели.»и»та, определяюля 111 гельность vkl р;;в, нтщего импульса.

MoweHT <11333»> a,„ » параметра, соот- 20 гтетствую пего ионному току Hacl!!!lpkrkrsr, в блоке 9 памяти необходимо выбттрать птэ«тт достттжении линейно етзмет»яюпетп»ся сигналом, вырабатываемым генератором 1, своего минимума.

Аналогично работает двухпороговый компаратор 16.

Настройка источников 19 и 20 опорного напряжения производится таким образом, чтобы т 2с »9 где U u U — напряжения на источ>!3 2о никах 19 и 20 соответственно;

32U — величина, определяю- З5 щая длительность управляющего импульса.

Момент фиксации параметра, соответствующего температуре электронов,30 плазмы, необходимо выбирать при достижении линейно изменяющимся сигналом, вырабатываемым генератором 1, нулевого значения ° С выхода блока 9 памяти сигнал .»оступает на неинвертирующий вход третьего дифференциального усилителя 7 и на первый вход устройства 22 регистрации. На инвертирующий вход третьего дифференциаль— ного усилителя 7 г>оступает сигнал с выхода первого дифференциального усилителя 6, соответствующий полному току зонда 21. Разностный сигнал с выхода третьего дифференциального усилителя 7, определяющий величину элек- 55 тронного тока плазмы, поступает на вход блока ll логарифмирования, где производится вычисление функции электронного тока в логарифмическом масгп габ . С выхода б.;с ка 11 логарт»фмирс лани> с>»гттал пос гу»ает на вход блока !2 дифференцирования, где вычисляется дифференциал функции логарифма эт«ект1«онногo тока по потенциалу по17ерхнос тт» зонда па отношению к гранине пространственного заряда " . С г>ьтхогта блока 12 дифференцирования сигнал поступает на блок 13 масштабиpoI3ak3r1sr, в котором производится умно: !p>3>3» сигнала Hà 1 с:лт»ч?тну k/е, где постояттная Боттьетмана, е — заряд

7 тектрона.

Пос -тс бг ока 3 сигнал поступает на 1»ЕИ>ормационный 33 од блока 14 памят.т, г,, фикс:ируе е» значение темпераэ:н >,тронс>н ттттазмы 13 момент вре1»О ГДЗ 311>Н ЕИНС> I.ЗМЕ ?IЯЮЩ?»йе Я СИГна ".,;«>,11 а,>Gòèr»p з>1, ей ге»3» ратором 1, дос !,ãrlr т нулевог-. значения. С выхо>а люка 14 памяти сигнал поступает н-.оро »»нот«„ус гро!Oтва 22, Так;3 обр >9, На ycTpolrcтве 22 могут отобj«,Еж > 1 етт двс kr!,,>>1 . -ЕИНЫ: 1»OHHI«rr» TOK HG .-»г> . ;;l!> и ге>>,1»1. 37 ура электронов .> »ь1. м.лa!: i оеретения

1 - >«1713 >« " . Е «е « pr >. "«О, СОДЕ р ж:сз «Е .11 РВ? ." Днфф «Р> НпнаЛЕ.НЬГ» УСИЛИдва блона r;. ìÿò!3 и генератор йно изме Hлющегсо-I наг»>яжент«я, л и ч а ю пт е с с я гем, что, с 1, . „:-1.> ростттиг>е?3?т>1 класса решаемых

З.:, аЧ та СЧЕ-, ОПрсr>>.ЛЕНИя ИОННОГО нас?в»ения 1 те- »17ературы электро1 лазмы, н не.с нведень два двухпот«ol вых компара-.о1-а, второй и тре71 1-. днфференциа.п, тые усилители, два резистора, два диода и вычислитель

Т»1- >тератуp!-; «11 к r>OÍOÁ ПЗ>ззмы1 ВЫХОД

ГЕНС.РСЕтОРЭ тт »НЕ йНО НЗМ НЯЮЩЕГОСЯ Напряжения подкгтючел к информационным входат» и> р13-..го I! 371opo!-о двухпороговых ;О л>араторое,, к катоду первого диода и к анод .«ropol диода, анод первс го и като, вт >pnpо диодов подключе::и к ттнве; р .Етцт»)» входам втоРОГО И Лpг Зoro Днфф»Р=НЦИаЛЬНЫХ УСИЛИтЕЛЕй СОС>твс r : .,; Е НО И ЧЕРЕЗ ПЕР-.

ВЫй И 1;: - >)ой рс:; C »..Ы вЂ” COO> B ETC TВ С . ННО К ННфО р Ь I.,r»G. «,«O" » ВХОД у )rCTpC É

СтВа И К цЕH 1,ГЕртнрушт!>?»I» ВХОдаМ ПЕрвого и в орс.го дифференниаль>ных усилителе=-., 1>3?тхо»т- ко»О, ьгх соединены с инвертт рующ г Вхоцсм третьего дифференциально㻠—. 1?7.-:те. 13 с ин»Ьор1343338

Составитель А.ушаков

Редактор А.Шандор Техред М.Дндык Корректор Л.Патай

Заказ 4818/46 Тираж ?76 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород, ул.Проектная,4 мационным входом первого блока памяти соответственно, выход которого является выходом значения ионного тока насьпцения плазмы устройства и соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя,выход которого соединен с информационным входом вычислителя температуры электронов плазмы> выход которого соединен с ин*ормационным входом вто- 1О рого блока памяти, выход которого является выходом значения температуры электронов плазмы устройства, входы выборки первого и второго блоков памяти подключены к выходам первого и второго двухпороговых компараторов соответственно, входы задания первого и второго порогов которых являются входами задания режима измерения устройства.