Способ определения профиля заряда в диэлектрике

.К. П роэлектро 1972,СССР 1976,авающии лектро(57) Способ оп да в диэлектри стве. Изготавл лируемого диэл аряройо- копрофиля ван в у еделен е реал вают о азец коКД) с пл кт ик ВЫ О ЯР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт физики полупСО АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЗАРДА В ДИЭЛЕКТРИКЕ параллельными плоскостями, приводятповерхности КД 1 в соприкосновение,одну - с электролитом 2, другую - сконтрэлектродом 3, измеряют емкость,уменьшают толщину КД 1, стравливая содной поверхности, определяют толщину КД 1 по величине емкости междуэлектролитом 2 и контрэлектродом 3,измеряют плавающий потенциал междуэлектролитом 2 и контрэлектродом 3,и определяют плотность (х) зарядав Кл 1 по формуле р(х)=(1/Е Е,Б )"к И Ч/с (С) ), где Я - диэлектрическая проницаемость КД; Е в .диэлектрическая постоянная; Б - площадь контакта электролита с КД; Ч - плпотенциал С " емкость между элитом 2 и контрэлектродом 3; д - толщина КД. Способ прост в реализации иимеет расширенную область использования. 1 ил.Изобретение относится к измерениюпараметров материалов, а именно к измерению параметров диэлектриков,Пелью изобретения является расши 5рение области применения и упрощениереализации способа,Блок-схема устройства, реализующего способ, изображена на чертеже.Исследуемый диэлектрик 1 вместес электролитом 2 и контрэлектродом3 образуют плоский конденсатор емкости С. Контрэлектрод 3 может бытькак полупроводниковым, так и металлическим или электролитическим, Электролит 1 заземляется, а контрэлектрод3 подключается к измерительной аппаратуре. Конденсаторы 4,5 (емкостиС, и С) много меньше измеряемой емкости С, включающей исследуемый диэлектрик, имеют пренебрежимо малыетоки утечки (воздушные или полистироловые конденсаторы), Электрометрический усилитель 6 также имеет малуювходную емкость и очень большое входное сопротивление, так что постояннаявремени саморазряда цепи контрэлектрода много больше времени стравливания диэлектрика. Для отключения электрометра по переменному току частоты 30Г в схему введено сопротивление 7 величиной К такое, что постоянная времени КС много больше (2)(Г) и в тоже время много меньше характерныхвремен изменения потенциала контрэлектрода Ч, связанных с травлениемдиэлектрика.В этих условиях величина малогопеременного сигнала частоты Е, поступающего от генератора 8 и выделяющегося на исследуемом диэлектрике, обратно пропорциональна его емкости С,а изменение потенциала контрэлектрода Ч определяется только перераспределением заряда происходящем в проФ45цессе стравливания диэлектрика, Переменное напряжения усиливается усилителем 9, детектируется детектором10 и подается на Х-вход двухкоординатного самописца 11. Постоянный потенциал контрэлектрода Ч усиливается 5 Оэлектрометрическим усилителем 6 и подается на У-вход самописца 11,В начале процесса стравливанияконтрэлектроду с помощью батареи 12придается начальное значение потенциала. Затем эта установочная цепьотключается и начинается запись зависимости Ч от С в процессе стравли вания диэлектрика. В это время контрэлектрод изолирован, следовательно,заряд 1 на нем остается постоянным,В силу условия электронейтральностиэтот заряд в сумме с зарядом в диэлектрике (;) и зарядом в электролите1) равен нулю, т.е. а+0+0=0,ФНапряженность электрического поляЕ(х) в диэлектрике на расстоянии хот контрэлектрода равна:Г(х)= + . р(х)с)х, (2)Яо оо где Г - диэлектрическая постоянная,- 8,85.10Ф/см8 - площадь конденсатора (дляструктуры, изображенной на чертеже, это площадь контакта электролита с диэлектриком).Через )(х), К л/смЗ, обозначена искомая величина - плотность электрического заряда в диэлектрике.Падение потенциала на диэлектрике 1) равно: Е(х) дх(3)-1 р(х)йхйх,где д - толщина диэлектрика.В сумме с падением потенциала на контрэлектроде Ц и контактной разкностью потенциалов контрэлектрод - электролит у величина (р равна (с обратным знаком) напряжению Ч, т,е,(4)(5) Величина Чк может иметь заметно от)"личное от нуля значение только для по"лупроводникового контрэлектрода (дляметаллического и электролитическогоона близка к нулю). Но посколькукоднозначно связана с Я, в условияхизмерений она остается постоянной.16903симости Ч от С-. Привязка к координате х осуществляется с помощью соотношения (7),В правой части (5) только величина ( зависит от начального значенияЧ, После двойного дифференцированияЯ.выпадает и не входит в окончательные выражения (6), (8) и (10), Поэтому, как указывалось вышее, начальное значение Ч может быть выбрано произвольно. 3 14 Величина ц) зависит от материала контрэлектрода, состава электролита и температуры. В условиях измерений она также остается постоянной. Дважды дифференцируя (5) по д с учетом постоянства , Цк и Ц, получим Й Ч р(х) а а 2 КЕ.(6) Толщина диэлектрика Й связана сего емкостью С соотношением Формула изобретения Д =РЯ БС(7) 15 поэтому формула (6) может быть переписана в виде д Ч с 1(С)2 А(8) 20 В схеме, изображенной на чертеже,измеряется зависимость Ч от полнойвеличины С . Последняя включает всебя также емкость пространственногозаряда Сна границе контрэлектродас диэлектриком. Но поскольку этовключение последовательно,25,В д(С)Я - площадь контакта электролитас диэлектриком;Таким образом, искомый профиль Ч - плаващций потенциал;плотности электрического заряда в С - емкость между электролитомдиэлектрике у(х) находится двойными контрэлектродом;дифференцированием полученной зави- (1 - толщина диэлектрика.Составитель В,СтепанкинРедактор М,Циткина Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова Заказ 4060/42 Тираж 847 Подписное ВНПППИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Произвелстненно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул, Проектная, 4 Для металлического, электролитического и сильно легированного полуцровод никового электрода С з 0 и С,; йС , Но и в общем случае, посколь" ку Соднозначно связана с Я, в процессе стравливания она остаетсяпостоянной и приводит, согласно (9), лишь к смещению измеренной Ч - С кривой на величину С (. Из (9) слеет что йС=дСи о ла 8 Сгюсоб определения профиля заряда в диэлектрике, заключакяцийся в том, что приготавливают образец контролируемого диэлектрика с первой и второй плоскопараллельными поверхностями, приводят первую поверхность образца контролируемого диэлектрика в контакт с электролитом, а вторую - с контрэлектродом, измеряют емкость между электролитом и контрэлектродом, уменьшают толщину образца путем стравливания первой поверхности, определяют толщину образца контролируемого диэлектрика по величине емкости между электролитом и контрэлектродом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения осуществления способа, измеряют плавающий потенциал между электролитом и контрэлектродом и определяют плотность электрического заряда р(х) в диэлектрике по формуле