RU2740176C1 - Contact potential difference determining device - Google Patents

Contact potential difference determining device Download PDF

Info

Publication number
RU2740176C1
RU2740176C1 RU2019132588A RU2019132588A RU2740176C1 RU 2740176 C1 RU2740176 C1 RU 2740176C1 RU 2019132588 A RU2019132588 A RU 2019132588A RU 2019132588 A RU2019132588 A RU 2019132588A RU 2740176 C1 RU2740176 C1 RU 2740176C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
diaphragm
electron gun
holder
voltage
Prior art date
Application number
RU2019132588A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Степан Степанович Волков
Сергей Васильевич Николин
Николай Леонидович Пузевич
Сергей Александрович Лебедев
Алевтина Анатольевна Аристархова
Михаил Юрьевич Тимашев
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2019132588A priority Critical patent/RU2740176C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740176C1 publication Critical patent/RU2740176C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, in particular to physical and analytical equipment for investigation and monitoring of surface properties of materials in vacuum, as well as for monitoring characteristics of interphase boundaries, and can be used in production of film systems, in electrochemistry, in material science. Device for measuring contact potential difference comprises an electron gun with an electron beam former and with a cathode assembly consisting of a cathode and a modulator with a diaphragm, inside which there is a cathode, as well as a holder of the measured object, a gun power supply, a voltage source with switched polarity of the output voltage, a voltage meter connected to the holder of the measured object and to the cathode of the electron gun, a current meter between the object holder and the electron gun cathode. To achieve the technical result, the cathode of the electron gun is made of a flat tape with a width greater than the diameter of the opening of the diaphragm of the modulator and located parallel to the plane of the diaphragm of the modulator at a distance less than the diameter of the opening of the diaphragm, and the electron beam former contains not less than four electrodes of the lens systems.
EFFECT: technical result is aimed at improvement of reliability and accuracy of results of contact potential difference determination.
1 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области физико-аналитического оборудования для исследования и контроля свойств поверхности материалов, а также для контроля характеристик межфазных границ и может быть использовано в технологии производства пленочных систем, в электрохимии, в материаловедении.The alleged invention relates to the field of physical and analytical equipment for research and control of the surface properties of materials, as well as to control the characteristics of interphase boundaries and can be used in the technology of production of film systems, in electrochemistry, in materials science.

Известно устройство определения контактной разности потенциалов. [Zisman W. Rev. Sci. Instr., 3, 367 (1932). Цитир. по: Царев Б.М. Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов. М. - Л.: ГИТТЛ, 1949. 171 с. (С. 92). Kelvin (В. Томсон). Phil. Mag., XLVI, 82 (1898). Цитир. по: 1384_ Царев Б.М. Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов. М. - Л.: ГИТТЛ, 1949. 171 с. (С. 87)].Known device for determining the contact potential difference. [Zisman W. Rev. Sci. Instr., 3, 367 (1932). Citir. by: Tsarev B.M. Contact potential difference and its influence on the operation of vacuum devices. M. - L .: GITTL, 1949.171 p. (P. 92). Kelvin (W. Thomson). Phil. Mag., XLVI, 82 (1898). Citir. by: 1384_ Tsarev B.M. Contact potential difference and its influence on the operation of vacuum devices. M. - L .: GITTL, 1949.171 p. (S. 87)].

Известное устройство называют устройством с вибрирующим зондом. Его работа построена на вибрации измерительного электрода над измеряемой поверхностью и создания наведенного тока за счет вибрации и наличия контактной разности потенциалов. Известный способ обладает невысокой точностью из-за нестабильности величины изменения емкости при вибрации особенно в случае пленочных поверхностных систем в вакууме.The known device is called a vibrating probe device. Its work is based on vibration of the measuring electrode above the measured surface and the creation of an induced current due to vibration and the presence of a contact potential difference. The known method has low accuracy due to the instability of the change in capacitance during vibration, especially in the case of film surface systems in vacuum.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство измерения контактной разности потенциалов, содержащее электронную пушку с формирователем электронного пучка и с катодным узлом, состоящим из катода и модулятора с диафрагмой, внутри которого расположен катод, а также держатель измеряемого объекта, источник питания пушки, источник напряжения с переключаемой полярностью выходного напряжения, измеритель напряжения, соединенный с держателем измеряемого объекта и с катодом электронной пушки, измеритель тока между держателем объекта и катодом электронной пушки [Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. - М.: Наука. 1966. 564 с.].Closest to the proposed invention is a device for measuring the contact potential difference, containing an electron gun with an electron beam former and with a cathode assembly consisting of a cathode and a modulator with a diaphragm, inside which the cathode is located, as well as a holder for the measured object, a gun power supply, a voltage source with switchable polarity of the output voltage, a voltage meter connected to the holder of the measured object and to the cathode of the electron gun, the current meter between the holder of the object and the cathode of the electron gun [Dobretsov LN, Gomoyunova MV Emission electronics. - M .: Science. 1966. 564 s.].

В известном устройстве включают электронную пушку, задают ускоряющее напряжение в несколько десятков Вольт и направляют электронный пучок на поверхность объекта (далее измеряемого объекта), образующего контактную разность потенциалов с катодом пушки, подлежащую измерению. Уменьшая ускоряющее напряжение между катодом пушки и держателем объекта, измеряют ток объекта и напряжение между катодом и объектом, регистрируют кривую задержки. Ускоряющее напряжение может переходить в тормозящее, задерживающее напряжение; ток при этом регистрируют до уменьшения до нуля.In the known device, an electron gun is turned on, an accelerating voltage of several tens of volts is set, and the electron beam is directed to the surface of the object (hereinafter the measured object), which forms a contact potential difference with the gun cathode to be measured. By decreasing the accelerating voltage between the gun cathode and the object holder, the object current and the voltage between the cathode and the object are measured, and the delay curve is recorded. The accelerating voltage can transform into a decelerating, retarding voltage; the current is recorded until it decreases to zero.

Затем получают зависимость ln Iзад=f (Uзад), интерполируют в виде прямых спадающий участок (участок задержки) и участок при больших токах и напряжениях (участок насыщения), а затем эти прямые экстраполируют до точки пересечения друг с другом. Координата этой точки по оси напряжения задержки принимается за значение напряжения контактной разноси потенциалов UКРП.Then the dependence ln I ass = f (U ass ) is obtained, the falling section (delay section) and the section at high currents and voltages (saturation section) are interpolated in the form of straight lines, and then these straight lines are extrapolated to the point of intersection with each other. The coordinate of this point along the axis of the delay voltage is taken as the value of the voltage of the contact potential separation U KRP .

В известном устройстве не определены условия получения нужной формы и угла наклона спадающего участка кривой задержки. Не определены конструкционные требования к катодному узлу источника электронного пучка, обеспечивающие работу катода в режиме насыщения и соответственно максвелловский разброс электронов по скоростям в пучке. Режим насыщения катода обеспечивает прямолинейность логарифмической функции тока задержки. В известных устройствах из-за отсутствия конструкционных условий в катодном узле электронный пучок формируется из пространственного заряда около катода и имеет большой разброс по скоростям. Кроме того распределение электронов по скоростям в пучке из пространственного заряда не максвелловское, и логарифмирование тока задержки не дает прямую линию. Из-за непрямолинейной экстраполяция спадающего участка координата по напряжению точки пересечения при экстраполяции спадающего и максимального участков тока оказывается существенно неопределенной. Погрешность определения может превышать измеряемую величину. Недостатком известного устройства является отсутствие контроля достоверности получаемого результата и погрешности измерения.In the known device, the conditions for obtaining the desired shape and slope of the falling portion of the delay curve have not been determined. The design requirements for the cathode unit of the electron beam source, which ensure the operation of the cathode in the saturation mode and, accordingly, the Maxwellian spread of electrons in velocities in the beam, have not been determined. The saturation mode of the cathode ensures the linearity of the logarithmic function of the delay current. In the known devices, due to the absence of structural conditions in the cathode assembly, the electron beam is formed from the space charge near the cathode and has a large spread in velocities. In addition, the velocity distribution of electrons in the beam from the space charge is not Maxwellian, and the logarithm of the delay current does not give a straight line. Due to the non-rectilinear extrapolation of the falling section, the voltage coordinate of the intersection point when extrapolating the falling and maximum sections of the current turns out to be significantly undefined. The determination error may exceed the measured value. The disadvantage of the known device is the lack of control over the reliability of the result and the measurement error.

Технический результат направлен на повышение достоверности и точности результатов определения контактной разности потенциалов.The technical result is aimed at increasing the reliability and accuracy of the results of determining the contact potential difference.

Технический результат достигается тем, что в устройстве измерения контактной разности потенциалов, содержащем электронную пушку с формирователем электронного пучка и с катодным узлом, состоящим из катода и модулятора с диафрагмой, внутри которого расположен катод, а также держатель измеряемого объекта, источник питания пушки, источник напряжения с переключаемой полярностью выходного напряжения, измеритель напряжения, соединенный с держателем измеряемого объекта и с катодом электронной пушки, измеритель тока между держателем объекта и катодом электронной пушки, при этом катод электронной пушки выполнен из плоской ленты, шириной больше диаметра отверстия диафрагмы модулятора и расположенной параллельно плоскости диафрагмы модулятора на расстоянии меньше диаметра отверстия диафрагмы, а формирователь электронного пучка содержит не менее четырех электродов линзовых систем.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the contact potential difference, containing an electron gun with an electron beam former and with a cathode assembly consisting of a cathode and a modulator with a diaphragm, inside which the cathode is located, as well as the holder of the measured object, the gun power supply, the voltage source with switchable polarity of the output voltage, a voltage meter connected to the holder of the measured object and to the cathode of the electron gun, a current meter between the holder of the object and the cathode of the electron gun, while the cathode of the electron gun is made of a flat tape, wider than the diameter of the modulator diaphragm opening and located parallel to the plane the modulator diaphragm at a distance less than the diaphragm aperture diameter, and the electron beam former contains at least four lens system electrodes.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения контактной разности потенциалов (далее - устройство).The drawing shows a functional diagram of a device for measuring the contact potential difference (hereinafter referred to as the device).

Устройство содержит вакуумный корпус 1; держатель объекта 2; исследуемый (измеряемый) объект 3; электронную пушку 5, формирующую зондирующий электронный пучок 4; формирователь 6 электронного пучка 4; катодный узел 8, с модулятором 7 и с катодом 9; источник накала катода 10; источник ускоряющего-задерживающего напряжения 11 (далее - задерживающего напряжения); источник питания 12 пушки 5; измеритель (А) тока в цепи катода 9 пушки 5 и измеряемого объекта 3, измеритель (V) напряжения, соединенный между катодом 9 пушки и измеряемым объектом 3. Вакуумный корпус 1 содержит боковой объем 13 для отвода держателя 2 с объектом 4 от линии прямой видимости катода 8 и оптическое окно 14. Устройство содержит также пирометр 16. При отводе держателя 2 в объем 13 пирометром 16 регистрируется световое излучение 15 катода 8 через окно 14. Температура катода может измеряться термопарой или определяться по току накала катода. Источник задерживающего напряжения 11 с помощью сдвоенных источников и переключателей позволяет менять полярность напряжения с ускоряющего на задерживающее напряжение и регистрировать кривую задержки последовательно при ускоряющем и тормозящем потенциалах для электронного луча 4. Полярность напряжения можно изменять также переключателем полярности одинарного источника.The device contains a vacuum housing 1; object holder 2; investigated (measured) object 3; an electron gun 5, which forms a probe electron beam 4; shaper 6 of the electron beam 4; cathode assembly 8 with modulator 7 and cathode 9; a source of heating of the cathode 10; source of accelerating-retarding voltage 11 (hereinafter - retarding voltage); power supply 12 guns 5; meter (A) of the current in the circuit of the cathode 9 of the gun 5 and the measured object 3, a voltage meter (V) connected between the cathode 9 of the gun and the measured object 3. The vacuum case 1 contains a side volume 13 for removing the holder 2 with the object 4 from the line of sight cathode 8 and optical window 14. The device also contains a pyrometer 16. When the holder 2 is removed into the volume 13, the pyrometer 16 registers the light radiation 15 of the cathode 8 through the window 14. The cathode temperature can be measured with a thermocouple or determined by the cathode filament current. The retarding voltage source 11 using dual sources and switches allows you to change the voltage polarity from accelerating to retarding voltage and to record the delay curve sequentially at accelerating and decelerating potentials for the electron beam 4. The voltage polarity can also be changed using the single source polarity switch.

Измерение контактной разности потенциалов производится следующим образом. Источником 10 включается накал катода 9. Источником 12 устанавливаются напряжения электродов формирователя электронного пучка 4. Источником питания 11 устанавливается ускоряющее напряжение более 20 В. Источником питания 12 устанавливается напряжение выходного электрода формирователя 6 не более 10-15 В, что уменьшает влияние на результаты измерений вторичной эмиссии с объекта и третичной эмиссии с электрода формирователя 6.The contact potential difference is measured as follows. Source 10 turns on the heating of the cathode 9. Source 12 sets the voltages of the electrodes of the electron beam former 4. The power source 11 sets an accelerating voltage of more than 20 V. The power source 12 sets the voltage of the output electrode of the shaper 6 to no more than 10-15 V, which reduces the influence of the secondary emission from the object and tertiary emission from the former electrode 6.

На первом электроде формирователя 6 и на модуляторе 8 устанавливаются потенциалы, обеспечивающие работу катода 8 в режиме насыщения тока эмиссии электронов, из которых формируется электронный пучок 4. Режим насыщения корректируется также напряжением накала источником 10. Далее регистрируется кривая задержки при уменьшении источником 12 ускоряющего напряжения с переходом на тормозящее напряжение. Измерения напряжения задержки и тока объекта производятся с помощью измерителей (V) и (А) соответственно в пределах до полного исчезновения тока, а именно, до уменьшения тока от максимального значения не менее, чем на два порядка. Информативный участок спадающей части тока задержки начинается с уровня тока 0.1 Iмакс и ниже.The potentials are set on the first electrode of the shaper 6 and on the modulator 8, ensuring the operation of the cathode 8 in the mode of saturation of the electron emission current, from which the electron beam is formed 4. The saturation mode is also corrected by the heating voltage of the source 10. Then, the delay curve is recorded when the accelerating voltage by the source 12 decreases transition to braking voltage. Measurements of the delay voltage and object current are made using meters (V) and (A), respectively, within the limits until the current disappears completely, namely, until the current decreases from the maximum value by at least two orders of magnitude. The informative section of the falling part of the delay current starts from the current level of 0.1 I max and below.

После снятия первичной зависимости Iзад=f (Uзад), ее логарифмируют в виде ln Iзад=f (Uзад). Полученная функция имеет прямолинейный участок с постоянной величиной тока Iзад, равной току электронного пучка при больших ускоряющих напряжениях и участок с уменьшающимся значением ln Iзад в виде наклонной прямой. Прямолинейность спадающего участка обеспечивается максвелловским разбросом электронов в пучке, формирующим экспоненциальное уменьшение тока задержки при линейном увеличении напряжения задержки по зависимости Iзад=Iмаксехр(-еUзад/2kТк), где Iзад - ток задержки, Iмакс - ток электронного пучка пушки, е - заряд электрона, Uзад - напряжение задержки, k - постоянная Больцмана, Тк - температура катода. Графической или аналитической экстраполяцией этих участков получают точку пересечения линий экстраполяции, координата которой по оси напряжения задержки равна контактной разности потенциалов Uзад=UКРП.After removing the primary dependence I back = f (U back ), it is logarithm in the form ln I back = f (U back ). The resulting function has a straight section with a constant value of the current I back , equal to the current of the electron beam at high accelerating voltages and a section with a decreasing value of ln I back in the form of an inclined straight line. The straightness of the falling section is ensured by the Maxwellian spread of electrons in the beam, which forms an exponential decrease in the delay current with a linear increase in the delay voltage according to the dependence I back = I max exp (-eU back / 2kT k ), where I back is the delay current, I max is the electron beam current gun, e - electron charge, U back - delay voltage, k - Boltzmann constant, T k - cathode temperature. By graphical or analytical extrapolation of these sections, the point of intersection of the extrapolation lines is obtained, the coordinate of which along the axis of the delay voltage is equal to the contact potential difference U back = U KRP .

Далее производится проверка достоверности результатов и определение погрешности измерений. Достоверность проверяется по углу наклона и степени прямолинейности спадающего участка логарифма кривой задержки. Для этого после снятия кривой задержки измеряют пирометром температуру катода Тк.пир. Далее определяют температуру катода Тк по спадающему участку кривой задержки с использованием зависимости Iзад=Iмаксехр(-еUзад/2kТк), из которой получается зависимость ln (Iзад/Iмакс)=-еUзад/2kТк=(-е/2kТк)Uзад. Отсюда температура катода равна Тк=-(еUзад/2k)/ln(Iзад/Iмакс). По экспериментальной зависимости температура определяется как производная функции на спадающем участке или лучше как усредненное изменение по двум точкам спадающего участка зависимости: ln(Iзад/Iмакс)=-еUзад/2kТк=(-е/2kТк)Uзад. По аналогии с уравнением прямой типа у=сх, величинаFurther, the reliability of the results is checked and the measurement error is determined. The reliability is checked by the angle of inclination and the degree of straightness of the falling part of the logarithm of the delay curve. To do this, after taking the delay curve, measure the cathode temperature T k.pyr with a pyrometer . Next, the temperature of the cathode T k is determined by the falling part of the delay curve using the dependence I ass = I max exp (-eU ass / 2kT k ), from which the dependence ln (I ass / I max ) = - eU ass / 2kT k = ( -e / 2kT k ) U back . Hence, the cathode temperature is equal to T k = - (EU back / 2k) / ln (I back / I max ). According to the experimental dependence, the temperature is determined as the derivative of the function on the falling section or better as the average change over two points of the falling section of the dependence: ln (I ass / I max ) = - eU ass / 2kT k = (- e / 2kT k ) U ass . By analogy with the equation of a straight line type y = cx, the quantity

2kТк/е=-(ln(Iзад 1/Iмакс)-ln(Iзад 2/Iмакс))/(Uзад 1-Uзад 2), или2kT to / e = - (ln (I ass 1 / I max ) -ln (I ass 2 / I max )) / (U ass 1 -U ass 2 ), or

Тк=(е/2k)(ln(Iзад 1/Iмакс)-ln(Iзад 2/Iмакс))/(Uзад 2-Uзад 1]).T k = (e / 2k) (ln (I ass 1 / I max ) -ln (I ass 2 / I max )) / (U ass 2 -U ass 1 ]).

Если Тк<Тк.пир, то спадающий участок кривой задержки зарегистрирован не в режиме насыщения тока эмиссии катода пушки и проходит по закону «степени трех вторых», логарифм функции которой не является прямой. Поэтому экстраполяция приводит к погрешности как из-за малого наклона, так и из-за линейной экстраполяции нелинейной функции. Корректировкой режима работы катодного узла и первого электрода формирователя пучка, называемого экстрактором, подбирается режим работы пушки, когда температура катода, определенная по кривой задержки, совпадает с температурой, измеренной пирометром Тк=Тк.пир. При этом результаты измерений UКРП являются полностью достоверными, то есть достоверность результатов равна 100%. На практике случай Тк>Тк.пир не наблюдался и теоретических предпосылок для реализации этого случая не имеется.If T k <T k.pir , then the falling part of the delay curve is registered not in the mode of saturation of the emission current of the gun cathode and passes according to the law of the "power of three second", the logarithm of the function of which is not straight. Therefore, extrapolation leads to errors due to both small slope and linear extrapolation of the nonlinear function. Adjustment operating mode of the cathode assembly and the first electrode of the beam shaper called extractor gun mode is selected when the cathode temperature is determined by the delay contour coincides with the temperature measured by the pyrometer to T = T k.pir. At the same time, the results of measurements of U KRP are completely reliable, that is, the reliability of the results is 100%. In practice, the case T k > T k.pyr was not observed and there are no theoretical prerequisites for the implementation of this case.

Для подбора режима насыщения в формирователе пучка электронов необходим экстрактор с независимо изменяемым напряжением. Пирометр для настройки работы устройства с отбором тока с катода электронной пушки в режиме насыщения используется один раз при настройке режимов после монтажа устройства. Повторные измерения могут проводиться по установленным режимам устройства.To select the saturation mode in the electron beam former, an extractor with an independently variable voltage is required. A pyrometer for adjusting the operation of the device with the current extraction from the cathode of the electron gun in the saturation mode is used once when setting the modes after mounting the device. Repeated measurements can be carried out according to the set modes of the device.

Для обеспечения режима насыщения важна плоскостность полеобразующей эмиттирующей поверхности катода. При соотношении диаметра диафрагмы модулятора к расстоянию между плоскостями диафрагмы и катода более 10 и при отрицательном потенциале диафрагмы поле экстрактора проникает на всю поверхность катода под отверстием модулятора и создает режим насыщения. Составляющая пространственного заряда в таком случае стремится к нулю. Катоды любой другой формы и другая потенциало-геометрическая оптика пушки приводят к режиму пространственного заряда либо полностью, либо частично. В режиме насыщения полуширина энергетического распределения Максвелла-Больцмана определяется формулой энергии в потоке Е=2кТк, и при Тк=2500 K=0.43 эВ. В режиме пространственного заряда разброс по энергиям может достигать более 10 эВ. Сравнимые ширины составляют спады наклонных участков кривой задержки. Если катод находится в режиме пространственного заряда, то уход точки пересечения экстраполируемых прямых от фактической координаты UКРП может достигать тех же более 10 Вольт, обусловленных избыточным наклоном.To ensure the saturation regime, the flatness of the field-forming emitting surface of the cathode is important. When the ratio of the modulator diaphragm diameter to the distance between the diaphragm and cathode planes is more than 10 and at a negative diaphragm potential, the extractor field penetrates the entire cathode surface under the modulator opening and creates a saturation mode. In this case, the space charge component tends to zero. Cathodes of any other shape and other potential-geometric optics of the gun lead to the space charge regime, either completely or partially. In the saturation mode, the half-width of the Maxwell-Boltzmann energy distribution is determined by the energy formula in the flow E = 2kT k , and at T k = 2500 K = 0.43 eV. In the space charge mode, the energy spread can reach more than 10 eV. Comparable widths are the slopes of the slope of the delay curve. If the cathode is in the space charge mode, then the departure of the point of intersection of the extrapolated straight lines from the actual coordinate U of the CRP can reach the same more than 10 Volts, due to the excessive slope.

Погрешность измерений определяется среднеквадратичным отклонением величин логарифма тока относительно прямой экстраполяции, умноженной на отношение длины экстраполяции к длине участка, на которой определяется среднеквадратичное отклонение логарифма тока задержки.The measurement error is determined by the root-mean-square deviation of the values of the logarithm of the current relative to the direct extrapolation, multiplied by the ratio of the extrapolation length to the length of the section, on which the root-mean-square deviation of the logarithm of the delay current is determined.

Для уменьшения вторичной эмиссии с выходного электрода пушки необходимо независимое изменение напряжения на нем в диапазоне ниже 50 В. Для работы формирователя в таком случае нужны, по меньшей мере, две электростатические линзы, для формирования которых нужно не менее двух пар электродов.To reduce the secondary emission from the output electrode of the gun, it is necessary to independently change the voltage across it in the range below 50 V. For the operation of the former, in this case, at least two electrostatic lenses are needed, for the formation of which at least two pairs of electrodes are needed.

При неизвестной работе выхода катода еϕк контактная разность потенциалов между двумя объектами из разных материалов определяется двумя измерениями. Сначала измеряют контактную разность UКРП 1 объекта 1 с катодом пушки, равную UКРП 1=(еϕк-еϕo1)/е, где. еϕo1 - работа выхода объекта 1. Затем измеряют контактную разность UКРП 2 объекта 2 с катодом пушки, равную UКРП 2=(еϕк-еϕо2)/е, где. еϕо2 - работа выхода объекта 2. Далее по разности контактных разностей потенциалов объектов 1 и 2 с катодом определяют контактную разность потенциалов между нимиWith an unknown work function of the cathode output eϕ to the contact potential difference between two objects made of different materials is determined by two measurements. First, measure the contact difference U KRP 1 object 1 with the cathode of the gun, equal to U KRP 1 = (eϕ to -eϕ o1 ) / e, where. eφ o1 - object 1. Then, the work function difference between the measured contact U 2 IF object 2 to the cathode gun equal to U 2 = IF (eφ to -eφ a2) / e, where. eφ a2 - the object 2. Further, the work function of the difference in contact potential differences of objects 1 and 2 to the cathode determine the contact potential difference therebetween

UКРП 12=UКРП 1-UКРП 2=(еϕк-еϕo1)/е-(еϕк-еϕо2)/е=(еϕо2-еϕo1)/е. 12 IF U = U 1 -U IF = IF 2 (eφ to -eφ o1) / e (eφ to -eφ a2) / e = (eφ -eφ o2 o1) / e.

Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показал, что достоверность измерений повышается от неопределенной величины до 100%. Погрешность измерений при линейной экстраполяции участка спада кривой задержки, в пределах снижения на три порядка от максимума тока пучка, можно определить как среднеквадратичный разброс измерений, умноженный на коэффициент 1.5-2. В среднем разброс угла наклона составляет единицы градусов. Погрешность измерения UКРП меньше 0.2 В. В сравнении с прототипом эта величина может быть меньше в 5 и более раз.Comparative analysis of the proposed invention with the prototype showed that the reliability of measurements increases from an undefined value to 100%. The measurement error in the case of linear extrapolation of the section of the decay of the delay curve, within a decrease by three orders of magnitude from the maximum of the beam current, can be determined as the rms measurement spread multiplied by a factor of 1.5-2. On average, the spread of the tilt angle is a few degrees. The measurement error U KRP is less than 0.2 V. In comparison with the prototype, this value may be 5 or more times less.

Технико-экономическое обоснование на предполагаемое изобретение «Устройство определения контактной разности потенциалов»Feasibility study for the alleged invention "Device for determining the contact potential difference"

Определение работы выхода электрона с поверхности остается актуальной проблемой и по сегодняшний день. Потенциальные возможности метода контактной разности позволяют улучшить, уменьшить погрешность определения работы выхода и вывести этот параметр поверхности на метрологический уровень. Предполагаемое изобретение относится к средствам, на основе которых могут быть введены контролируемые параметры поверхности и обеспечивать поверхности с заданными свойствами для технологии пленочных систем и для научных исследований.Determination of the work function of an electron from the surface remains an urgent problem to this day. The potential capabilities of the contact difference method make it possible to improve, reduce the error in determining the work function, and bring this surface parameter to the metrological level. The alleged invention relates to a means on the basis of which controlled surface parameters can be introduced and provide surfaces with desired properties for the technology of film systems and for scientific research.

Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показал, что достоверность измерений повышается от неопределенной величины до 100%. Погрешность измерений при линейной экстраполяции участка спада кривой задержки, в пределах снижения на три порядка от максимума тока пучка, можно определить как среднеквадратичный разброс измерений, умноженный на коэффициент 1.5 2. Разброс угла наклона составляет в среднем единицы градусов. Погрешность измерения UКРП меньше 0.2 В. В сравнении с прототипом эта величина может быть меньше в 5 и более раз.Comparative analysis of the proposed invention with the prototype showed that the reliability of measurements increases from an undefined value to 100%. The measurement error with linear extrapolation of the slope of the delay curve, within three orders of magnitude decrease from the maximum beam current, can be defined as the root-mean-square measurement spread multiplied by a factor of 1.5 2. The slope spread is, on average, units of degrees. The measurement error U KRP is less than 0.2 V. In comparison with the prototype, this value may be 5 or more times less.

Claims (1)

Устройство измерения контактной разности потенциалов, содержащее электронную пушку с формирователем электронного пучка и с катодным узлом, состоящим из катода и модулятора с диафрагмой, внутри которого расположен катод, а также держатель измеряемого объекта, источник питания пушки, источник напряжения с переключаемой полярностью выходного напряжения, измеритель напряжения, соединенный с держателем измеряемого объекта и с катодом электронной пушки, измеритель тока между держателем объекта и катодом электронной пушки, отличающееся тем, что катод электронной пушки выполнен из плоской ленты, шириной больше диаметра отверстия диафрагмы модулятора и расположенной параллельно плоскости диафрагмы модулятора на расстоянии меньше диаметра отверстия диафрагмы, а формирователь электронного пучка содержит не менее четырех электродов линзовых систем.A device for measuring the contact potential difference, containing an electron gun with an electron beam former and a cathode assembly consisting of a cathode and a modulator with a diaphragm, inside which the cathode is located, as well as a holder for the measured object, a gun power supply, a voltage source with a switchable output voltage polarity, a meter voltage, connected to the holder of the measured object and to the cathode of the electron gun, a current meter between the holder of the object and the cathode of the electron gun, characterized in that the cathode of the electron gun is made of a flat tape, wider than the diameter of the modulator diaphragm opening and located parallel to the modulator diaphragm plane at a distance less diameter of the diaphragm opening, and the electron beam former contains at least four electrodes of the lens systems.
RU2019132588A 2019-10-14 2019-10-14 Contact potential difference determining device RU2740176C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132588A RU2740176C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Contact potential difference determining device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132588A RU2740176C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Contact potential difference determining device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740176C1 true RU2740176C1 (en) 2021-01-12

Family

ID=74183868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132588A RU2740176C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Contact potential difference determining device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740176C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1345939A1 (en) * 1984-08-03 1991-07-07 Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of determining emission parameters of thermocathodes
US5493115A (en) * 1992-05-18 1996-02-20 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Methods for analyzing a sample for a compound of interest using mass analysis of ions produced by slow monochromatic electrons
RU2193769C2 (en) * 2000-12-14 2002-11-27 Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ" Method measuring characteristics of surface magnetic field with use of scanning sounding microscope
US20090146054A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Spacehab, Inc. End cap voltage control of ion traps
RU89709U1 (en) * 2009-07-15 2009-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук INSTALLATION FOR DETERMINING THE ELECTRON OUTPUT OPERATION
US20140252222A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 1St Detect Corporation Automatic gain control with defocusing lens

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1345939A1 (en) * 1984-08-03 1991-07-07 Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of determining emission parameters of thermocathodes
US5493115A (en) * 1992-05-18 1996-02-20 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Methods for analyzing a sample for a compound of interest using mass analysis of ions produced by slow monochromatic electrons
RU2193769C2 (en) * 2000-12-14 2002-11-27 Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ" Method measuring characteristics of surface magnetic field with use of scanning sounding microscope
US20090146054A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Spacehab, Inc. End cap voltage control of ion traps
RU89709U1 (en) * 2009-07-15 2009-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук INSTALLATION FOR DETERMINING THE ELECTRON OUTPUT OPERATION
US20140252222A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 1St Detect Corporation Automatic gain control with defocusing lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cameron et al. An Ion``Velocitron''
US4277679A (en) Apparatus and method for contact-free potential measurements of an electronic composition
RU2740176C1 (en) Contact potential difference determining device
Karkare et al. Development of a 3-D energy-momentum analyzer for meV-scale energy electrons
Tarasenko et al. Measuring and modeling streamer velocity at an air discharge in a highly inhomogeneous electric field
Czerlinski Versatile temperature jump apparatus for following chemical relaxations
Imhof et al. A three-aperture electron optical lens for producing an image of variable energy but fixed position
CN116108666A (en) Method for constructing inertial sensor photocurrent model
Dunnington A Determination of e m for an Electron by a New Deflection Method. II
Harp et al. Electron beam probing of plasmas
Klemperer Influence of space charge on thermionic emission velocities
CN111103316B (en) Calculation method for non-conductive ceramic material non-charge balance voltage
JP6263132B2 (en) Method for determining maximum mass peak in mass spectrometry
Ryżko et al. Electron Attachment‐Detachment Processes in Dry Air
Náray On the reduction of the dark current of photomultipliers
Ichinokawa Effect of Electron Source to Energy Resolution in Electron Velocity Analysis–Interpretation of Boersch Effect–
Hale et al. An electrostatic electron energy analyser for 3-20 keV electrons
Drouet Direct display of electron temperature variation in moving striations
Jacob A new type of electron-optical voltmeter
Warren Measurement of Electric Fields as Applied to Glow Discharges
SU1763997A1 (en) Contact potential difference metering method
Mackel et al. Triple Probe Measurements Benchmarked by Interferometry in a Pulsed‐Power Plasma
van den Broek Experimental emittance diagrams of triode electron guns
Eicher et al. An electrodynamic coaxial spectrometer for multichannel plasma pulse analysis
SU272454A1 (en) DEVICE FOR MEASURING POTENTIALS