Измерительное устройство

(191 111 111 4 С, 0 1 3 2 ГОСУД ПО Д эн фТЕЬЦЬУИ 1 Г ОПИСАНИЕ И ОБРЕТ ВИДЕТЕЛЬСТ РСКОМ А РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Методы исследования плаэмь 1. /Под ред. Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971, с.460-464.Авторское свидетельство СССР 9 1081440, кл. С 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. Линеино изменяющиися сигнал отгенератора 1 линейно изменяющегосянапряжения подается на электрическийзонд 21. ЛиФференциальные усилители6 и 8 выдают сигналы, пропорциональные ионному и результирующему токамплазмы, дифФеренциальный усилитель 7вырабатывает сигнал, пропорциональный электронному току плазмы, далееэтот сигнал логариАмируется (блок1 О), дифФеренцируется (блок 11),масштабируется (блок 12) и передается на устройство 22 регистрации, гдеотображаются две величины: ионный ток насыщения и температура электрнов плазмы, 1 ил.Изобретение относится к устройствам для измерения параметров плазмы,в частности для определения ионноготока 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 - расширениекласса решаемых задач за счет определения ионного тока насыщения и температуры электронов плазмы.На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройстна.Устройство содержит генераторлинейно изменяющегося напряжения,первый 2 и нторой 3 диоды, первьп 4и второй 5 резисторы, первый дифАеренциальньп усилитель 6, третий дифференциальный усилитель 7, второйдифференциальный усилитель 8, первыйблок 9 памяти, вычислитель О температуры электронов плазмы, содержащийблок 11 логарифмирования, блок 12дифференцирования и блок 13 масштабирования.Кроме того, устройство содержитвторой блок 14 памяти, первый 15 ивторой 16 двухпороговые компараторы,входы задания первого и второго порогов которых подключаются через соответствующие нходы задания режимаизмерения устройства к источникам7-20 опорного налрясения,Информационный вход устройстваподключается к электрическому зонду21, 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, 1 ля этого между зондом и опорным электродом вводят некоторую разность потенциалов, величину и полярность которой можно изменять регулирующим источником, состоящим из источника .напряжения и реостата.Измерения начинают с фиксации и последующего запоминания величины ионного така насыщения 1 . Затемиз полного тока зонда 1 р вычитаютизмеренную величину 1+,) и получаютзначения электр-нного тока плазмы51 п, как функции разности потенциаловмежду зондом и опорным электродом.После этого производят построение влогарифмическом масштабе графика61 О =с (П), где Б - разность потенциаловмежду зондом и опорным электродом,Наклон кривой этого графика в областиО определяется уравнениями11=Ч +ЧБр15 еЧреР о ехр (1 т ) )-е1 п 1 е 1 п 1 ро)еЧрргде Ч р - Разность потенциалов между 20 опорным электродом и слоемпространственного заряда;Ч - потенциал поверхности зонСда по отношению к границеслоя пространственного эа ряда;10 в электронный ток насьппенияплазмы;1 п - электронный ток;- постоянная Больцмана;30 е - заряд электрона;Тр - температура электронов,Если электроны пмеют максвелловское распределение, то наклон постоянен и дает величину температурыэлектрояов плазмы35с 1 п 1 р с 11 п 1 е еТ Ч (Ос 1 Ц у 1, е р1 с, с 11 п 1 еТе е сЧУстройство работает следующим образом.Линейно изменяющийся сигнал отгенератора 1 через первый 2 и вто 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 информаттионцый вход блока 9 памяти, Работой блока 9 управляет двухпороговый компаратор 15, который В цужттый момент вырабатывает управляюший импульс, подаваемый на вход выборки блока 9 где гроцсходит фиксация з т;1- чения аналоговой величины, Для фиксации в блоке 9 значения, соответстттудщего значению ионного тока цасьштеция плазмы, необходттмо настроить источ - О ники 17 и 18 такттм образом, ттобт 10 ) . 1., ) Пт, 1(1 ь з .т=.т,где Нт, и т, - наттряжсция на источниках 17 и 8 опорцогго цап ряжения соо тв ет- -ств еттцод 1, - вели титта, определяюая т.ттгтельностт. упр:твлцющего импульса.Момент фттк а,цт параметра, соот гтетствую пего ионному току насьппеция, в блоке 9 памяти необходимо выбттрать Пт 1 тт ДОСтттжЕНИИ ЛИНЕЙНО ттЗМЕттЯЮП 11 ИСЯ сигналом, вырабатываемым генератором 1, своего минтптума.Аналогично работает двухпороговый компаратор 16.Настройка источников 19 и 20 опорного напряжения производится таким образом, чтобыф/ + где Б и 1 т - напряжения на источтп 2 ониках 19 и 20 соответственно;дБ - величина, определяющая длительность управляющего импульса.Момент фиксации параметра, соответствующего температуре электронов 40 плазмы, необходимо выбирать при достижении линейно изменяющимся сигналом, вырабатываемым генератором 1, нулевого значенияС выхода блока 9 памяти сигнал поступает на неинвер тирующий вход третьего дифференциального усилителя 7 и на первый вход устройства 22 регистрации. На ицвертирующий вход третьего дифференциального усилителя 7 поступает 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 11 логарифмирования, где производится вычисление функции электронного тока в логарифмическом мас 111 габ . С выхода блока 11 логарттфмирозатттт стгттал пос гупает ца вход блока 2 дифференцирования, где вычисляется дифференциал функции логарифма электронного тока по потенциалу поверхнос тц зонда по Отношению к границе пространственного заряда " . С гтыхода блока 12 дифференцирования сигнал поступает на блок 13 масштабирования, в котором производится умножетттт:. сигцала ца телттчину 1(/е, гдепостоянная Боттьттмана, е - заряденпроцаОс.к блока 3 сигнал поступает на ттттфорьт(тттттоцттьпт Вход блока 14 памя.1, где фцксиру( ге значение темпераэ;ц ктроцс ц.та ю.ьт в момент врето ц Ковда Л 1 тцЕ 11 О ттЗМЕГтЯЮЩтП 1 СЯ СИ 1 тта"., 1 л, абатыва зтт, тй гетт( ратором 1, до с тцггтг т нуле во гс значения. С выхо,а ,.тока 4 памяти сигнал поступает цэпороттн(тд ус гройства 22, Так, 1 обр:,1, ца устроттстве 22 могут отобрав, .1 С д( велттины: ионный ток на." Г Е И Гси;1 Ра гУРГ ЭЛЕКТРОНОВ,;лап;обретения.,Р 11111 РгтЕ СТР. СТВО, СОДЕР ж т,ь . е ., рвг " дцффр цциал .ный усилидва блона гтз:тяттт ц генераторйцо ттэмегтлющегсг.-т нагряжеция,л и ч а ю пт е с с я гем, что, с 11,1(ц.,1 расптттретт.1.1 класса решаемых з. лач ъ счет опрецс лецття ионногонасыщения 1. температуры электро 1 лазмы, н це сгедець 1 два двухцо От Вых компара-.о а, Второй и третт т дтттфереттциаттт,:.ые усилители, два резистора, два диода и вычислитель те; цер, туры эл к-ронов плазмы, выход гетт(.р(тторз тгтцейцо цзм цяющегося на- ПРЯжЕНЦЯ ПОДКГгЮЧЕтт К ттнфОРМаЦИОННЫМ Входам п рвого и Второго двухпорого- ВЫХ но ЛаРатОРОт К КатОДУ ПЕРВОГО диода и к анод .торого диода, анод перв( го и катод второго диодов подКЛЮЧЕ 1:1,1 К 1 НВГ ; гтР,ЬшттЯ ВХОДаМ ВТО рого и первого диффер.нциальных усилителей соотве г . ,(Нцо и через перВЬтй И В 1 РОЙ РЕ("ЦС 1( ,Е т СООТВ ЕТСТ ВиннО к инфо вмацтто.:,",О"1Входу устрсй СтВа И К ттвтттпвртцруш.ттцтт ВХОдаМ ПЕрвого и ворс.го дттффг реттттттальттых усилителеВыхо.ть ко т О, ьгх соединены с инвертцрующ т.1 Вхоцсм третьего дифференциальцог 1 - . ттл тте. ц с интЬор1343338 Составитель А.УшаковРедактор 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, Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород, ул.Проектная,4 мационным входом первого блока памяти соответственно, выход которогоявляется выходом значения ионного тока насьпцения плазмы устройства и соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя,выход которого соединен с информационным входом вычислителя температурыэлектронов плазмы выход которогосоединен с инормационным входом вто О рого блока памяти, выход которогоявляется выходом значения температуры электронов плазмы устройства, входы выборки первого и второго блоковпамяти подключены к выходам первогои второго двухпороговых компараторовсоответственно, входы задания первого и второго порогов которых являются входами задания режима измеренияустройства.