PL60465B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 31.VII.1970 60465 KI. 42 m\ 7/26 MKP G 06 g, 7/26 CZYT^.UIA Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Józef Wysocki, mgr inz. Stanislaw Blonski, mgr inz. Wlodzimierz Skorupski, mgr inz. Józef Rózewicz Wlasciciel patentu: Uniwersytet Wroclawski (Instytut Fizyki Doswiad¬ czalnej), Wroclaw (Polska) Sposób pomiaru i rejestracji prostych Fowlera-Nordheima oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru i rejestracji prostych Fowlera-Nordheima np. w trakcie naparowywania atomów adsorbata na ad¬ sorbent w mikroskopie polowym przy badaniu pro¬ cesów adsorbcji dla dowolnej kombinacji adsor- bat-adisorbent i dowolnego ksztaltu ostrza mikro¬ skopu polowego, oraz urzadzenie do stosowania te¬ go sposobu.Celem wyznaczenia prostej Fowlera-Nordheima przy danej grubosci naparowanej warstwy na ostrzu w mikroskopie polowym malezy na drodze pomiarów ustalic w okreslonych granicach charak¬ terystyke wyrazajaca zaleznosc pradu „i" przeply¬ wajacego przez mikroskop od napiecia „u" przylo¬ zonego ido elektrod tego mikroskopu. Uzyskane wy¬ niki pomiarów nanosi sie nastepnie w ukladzie wspólrzednych prostokatnych, przy czym na osi odcietych odklada sie wielkosci proporcjonalne do odwrotnosci napiecia, a na osi rzednych odklada sie wielkosci proporcjonalne do logarytmu ilorazu pradu „i" przez kwadrat napiecia „u".W przypadku idealnych, bezblednych pomiarów wyniki te wyznaczylyby prosta zwana prosta Fow¬ lera-Nordheima. W rzeczywistosci jednak wyniki pomiarów sa obarczone pewnymi bledami i wyzna¬ czony w sposób wyzej podany przebieg nie bedzie stanowil linii prostej. Ze wzgledu na to wyniki po¬ miarów przelicza sie tak, aby wyznaczyc przebieg prostej, która najlepiej aproksymuje wyniki po¬ miarów. 15 25 30 Dotychczas znane sa dwa sposoby przeprowadza¬ nia pomiarów w celu wyznaczenia charakterystyki pradu od napiecia.Wedlug pierwszego z nich napiecie zmienia sie recznie w pewnych okreslonych granicach i mie¬ rzy odpowiadajace mu wartosci pradu.Drugi sposób polega na tym, ze pomiedzy elek¬ trody mikroskopu polowego przyklada sie napiecie o zadanym ksztalcie schodkowym i okreslonym cza¬ sie trwania, a zalezna od niego wartosc pradu reje¬ struje sie na tasmie.Wada pierwszego sposobu jest to, ze dla wyzna¬ czenia charakterystyki nalezy przerwac proces na¬ parowywania na stosunkowo dlugi czas niezbedny do przeprowadzenia pomiarów, co stwarza mozli¬ wosc pojawienia sie niepozadanej adsorbcji resztek gazowych i w znacznym stopniu moze znieksztalcic wynik pomiarów. Inna wada tego sposobu jest jego uciazliwosc, gdyz proces naparowywania nalezy przerywac i przeprowadzac serie pomiarów dla kazdej grubosci warstwy dla której wyznacza sie prosta Fowlera-Nordheima i w rezultacie krótkie okresy naparowywania adsorbatu sa na przemian przerywane dlugimi okresami w czasie których przeprowadza sie pomiary.Obróbka wyników pomiarów przeprowadzonych tym sposobem moze byc reczna lub za pomoca ma¬ szyny cyfrowej, zas wykreslenie wyników reczne lub automatyczne.Drugi sposób przeprowadzenia pomiarów ma w 60465$0465 porównaniu do pierwszego te zalete, ze nie wyma¬ ga przerywania procesu naparowywania. Jest to mozliwe dlatego, ze okres w którym nastepuje po¬ miar zaleznosci pradu „i" od napiecia „u" jest do¬ statecznie krótki i wynosi np. 1 sek., na skutek czego wplyw zmiany grubosci naparowywanej war¬ stwy w czasie trwania pomiaru jest pomijalny na wynik pomiaru.Wedlug tego sposobu wyniki pomiarów zareje¬ strowane automatycznie np. na tasmie perforowa¬ nej mozna podawac badz bezposrednio na maszyne cyfrowa celem obróbki wedlug zadanego programu, a ostateczne wyniki wykreslac automatycznie lub recznie, badz tez przekazac je do obróbki na ma¬ szynie cyfrowej dopiero po zakonczeniu procesu naparowywania.W pierwszym przypadku konieczne jest posiada¬ nie do dyspozycji maszyny cyfrowej w trakcie przeprowadzania pomiarów i w poblizu miejsca po¬ miarów, co wiaze sie z duzymi kosztami, w drugim zas przypadku nie ma mozliwosci bezposredniej kontroli wyników w trakcie prowadzonych badan.Celem niniejszego wynalazku jest calkowite usu¬ niecie wad przedstawionych wyzej sposobów na drodze przeprowadzenia bezposredniej i automa¬ tycznej rejestracji prostych Fowlera-Nordheima w trakcie calego procesu naparowywania, zadaniem zas wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadze¬ nia zapewniajacych osiagniecie tego celu.Istota sposobu wedlug wynalazku polega na za¬ mianie wystepujacych wielkosci fizycznych pradu i napiecia na analogi proporcjonalne do tych- wiel¬ kosci, a nastepnie poddaniu ich w obwodzie analo¬ gowym operacjom matematycznym w celu uzyska¬ nia wielkosci proporcjonalnych do odwrotnosci na¬ piecia na jednym wyjsciu tego obwodu i wielkosci proporcjonalnych do logarytmu z ilorazu pradu przez kwadrat napiecia na drugim wyjsciu, a istota urzadzenia do stosowania tego sposobu polega na zastosowaniu takiego ukladu obwodów analogo¬ wych, który zapewnia realizacje tych operacji ma¬ tematycznych. .Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku pomie¬ dzy elektrody mikroskopu polowego przyklada sie- napiecie, którego wartosc zmienia sie w ciagu okreslonego czasu w sposób ciagly w okreslonych granicach, a nastepnie napiecie to zamienia sie na wielkosc proporcjonalna do wartosci tego napiecia, to jest analog tego napiecia, a odpowiadajaca temu napieciu wartosc pradu zamienia sie na wielkosc proporcjonalna do wartosci tego pradu. Z kolei zas te analogi poddaje sie w blokach analogowych ope¬ racjom matematycznym w celu uzyskania wielko¬ sci proporcjonalnych do odwrotnosci napiecia i wielkosci proporcjonalnych do logarytmu z ilora¬ zu pradu przez kwadrat napiecia.Uzyskane 'tak wielkosci podaje sie na wejscia osi odcietych i osi rzednych urzadzenia rejestrujacego w ukladzie wspólrzednych prostokatnych, na przy¬ klad na rejestrator X — y..Wartosc napiecia na poczatku pomiaru reguluje sie tak, ze odpowiadajaca mu wartosc pradu jest z zadana dokladnoscia stala, a momenlt rozpoczecia zmiany napiecia i czas jego trwania jest regulowa¬ ny, co umozliwia wykreslanie prostych Fowle¬ ra-Nordheima dla szerokiego zakresu grubosci war¬ stwy, naparowywanej bez przerywania procesu na¬ parowywania i bez koniecznosci stosowania podza- kresów mierzonych wielkosci. 5 Do realizacji przedmiotowego sposobu sluzy urza¬ dzenie wedlug wynalazku, którego schemat bloko¬ wy, przedstawiony jest na zalaczonym rysunku.W urzadzeniu szeregowo z elektrodami mikro¬ skopu polowego 1 polaczone sa zasilacz 2 napiecia io bazy i zasilacz 3 napiecia pomocniczego. Zasilacz 2 napiecia bazy jest dodatkowo polaczony z mikro¬ skopem 1 za pomoca regulatora 4 napiecia bazy.Z punktem w którym zasilacz 2 napiecia bazy po¬ laczony jest z mikroskopem 1, to jest z anoda mi- 15 kroskopu polowego 1, polaczony jest równiez blok 5 zamiany wartosci napiecia na odpowiadajacy mu analog napiecia. Z punktem w 'którym 'regulator 4 napiecia bazy polaczony jest z mikroskopem polo¬ wym 1, polaczony jest równiez blok 6 zamiany 20 wartosci pradu przeplywajacego przez mikroskop polowy 1 na odpowiadajacy mu analog pradu.Wyjscia bloków 5 i 6 maja wyprowadzenia do obwodu analogowego wykonujacego operacje ma¬ tematyczne nad analogiem napiecia i pradu. W ob- 25 wodzie 'tym zawarty jest blok 7, który wykonuje operacje logarytmowania analogu napiecia i blok 8, który wykonuje operacje logarytmowania analogu pradu oraz bloki 9, 10, 11, 12, i których blok 9 wy¬ konuje operacje zamiany znaku, blok 10 operacji 30 umozenia przez staly wspólczynnik równy 2, blok H jest sumatorem, a blck 12 dokonuje operacji podnoszenia do potegi — 1 analogu napiecia. Blok 11 dokonuje operacji sumowania wyników operacji przeprowadzonych przez bloki 7, 8, 9 i 10. Wyjscia 35 obwodu analogowego wykonujacego operacje ma¬ tematyczne nad analogiem pradu i napiecia sa po¬ laczone z urzadzeniem rejestrujacym 13 w ukladzie wspólrzednych prostokatnych, przy czym wypro¬ wadzenie z bloku 12 odpowiada doprowadzeniu na 40 os odcietych urzadzenia rejestrujacego 13, a wy¬ prowadzenie z bloku 11 odpowiada doprowadzeniu na os rzednych tego urzadzenia.Calosc urzadzenia sterowana jest blokiem 14, któ¬ ry polaczony jest z zasilaczem 3 napiecia pomocni- 45 czego, regulatorem 4 napiecia bazy i urzadzeniem rejestrujacym 13.Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku przed¬ stawione jest ponizej.W czasie wykreslania prostej Fowlera-Nordhei- 50 ma dla danej grubosci naparowanej warstwy, na¬ piecie zasilacza 2 bazy posiada wartosc stala, a na¬ piecie z pomocniczego zasilacza 3 zmienia sie w funkcji czasu w sposób ciagly od zera do pewnej okreslonej wartosci, która stanowi czesc wartosci 55 napiecia bazy.Okres trwania napiecia pomocniczego jest tak regulowany aby wplyw zmiany grubosci naparo¬ wywanej w tym iczasie warstwy byl pomijalny na wynik pomiaru. Na skutek dzialania napiecia po- 60 mocniczego wartosc pradu przeplywajacego w ob¬ wodzie mikroskqpu polowego 1 zmienia sie równiez w sposób ciagly w funkcji czasu.Do bloku 6 zamiany wantosci pradu na odpowia¬ dajacy mu analog pradu i do regulatora 4 napiecia 65 bazy pobiera sie z mikroskopu polowego 1 prad60465 badz bezposrednio za pomoca, oddzielnej elektrody, badz tez posrednio jako spadek napiecia na oporni¬ ku o znanej opornosci 'umieszczonym w obwodzie mikroskopu polowego 1 np. pomiedzy wyprowadze¬ niem z mikroskopu la doprowadzeniem do zasila¬ cza 3 napiecia pomocniczego.W celu wykreslenia tak uzyskanych wyników pomiaru charakterystyki pradu przeplywajacego w obwodzie mikroskopu polowego 1 od napiecia przy¬ lozonego do elektrod tego mikroskopu w ukladzie wspólrzednych, w którym na osi odcietych odklada .sie wielkosci proporcjonalne do odwrotnosci napie¬ cia, *a na osi rzednych odklada sie wielkosci pro¬ porcjonalne do logarytmu z ilorazu pradu przez kwadrat .napiecia, obie wielkosci wartosci- fizycz¬ nych -*pradu i napiecia zamienia sie na wielkosci odpowiadajace ich wartosciom, to jest na ich ana¬ logi. Nastepnie poddaje sie je wymaganym ope¬ racjom matematycznym.Blok 5 dokonuje operacji zamiany wartosci na¬ piecia ma analog napiecia, a blok 6 dokonuje ope¬ racji zamiany wartosci pradu na analog pradu.Analog napiecia otrzymywany z wyjscia bloku 5 poddawany jest równoczesnie operacjom w dwóch torach. W pierwszym torze po dokonaniu w bloku 12 operacji podnoszenia do potegi (— 1) wynik po¬ damy jest na wejscie osi odcietych urzadzenia reje¬ strujacego 13. W drugim torze analog napiecia pod¬ dawany jest kolejno operacji logarytmowania w bloku 7, operacji zamiany znaku w bloku 9 i ope¬ racji mnozenia przez staly wspólczynnik równy 2, w bloku 10.Analog pradu otrzymywany z wyjscia bloku 6 poddawany jest operacji logarytmowania w blo¬ ku 8. Wyniki operacji pojawiajace sie na wyjsciu bloku 8 i wyjsciu bloku 10 sa sumowane w bloku 11, którego wyjscie polaczone jest z urzadzeniem rejestrujacym 13 w punkcie odpowiadajacym wej¬ sciu na os rzednych.Proces wykreslania prostych Fowlera-Nordheima w urzadzeniu wedlug wynalazku sterowany jest za pomoca bloku sterowania 14, który steruje praca zasilacza 3 napiecia pomocniczego, regulatora 4 na¬ piecia bazy i urzadzeniem rejestrujacym 13.Urzadzenie pracuje dwustanowo to znaczy moze sie znajdowac w stanie przygotowania pomiaru i w stanie pomiaru, W stanie przygotowania pomiaru napiecie z zasi¬ lacza 3 napiecia pomocniczego jest równe zeru, urzadzenie rejestrujace 13 jest wylaczone, a regu¬ lator 4 napiecia bazy jest wlaczony i reguluje na¬ piecie bazy tak, aby wartosc pradu plynacego w obwodzie mikroskopu polowego 1 byla, z okreslona dokladnoscia stala.Przy przejsciu ze stanu przygotowania pomiaru do stanu pomiaru regulator 4 napiecia bazy zostaje wylaczony, ma skutek czego napiecie zasilacza 2 na¬ piecia bazy posiada wartosc stala przez caly czas pomiaru. Równoczesnie zas zostaje wlaczony zasi¬ lacz 3 napiecia pomocniczego oraz urzadzenie reje¬ strujace 13.Okresy przygotowania pomiaru oraz trwania po¬ miaru regulowane sa w zaleznosci od potrzeb za pomoca bldku sterowania 14. 6 PL PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób pomiaru i rejestracji prostych Fowle¬ ra-Nordheima, w trakcie naparowywania atomów 5 adsorbatu na adsorbent w mikroskopie polowym, znamienny tym, ze pomiedzy elektrody, mikrosko¬ pu polowego przyklada sie napiecie, którego war¬ tosc zmienia sie w ciagu okreslonego czasu w spo¬ sób ciagly w okreslonych granicach, a nastepnie io napiecie to zamienia sie na wielkosc proporcjonal¬ na do wartosci tego napiecia, to jest analog napie¬ cia, a odpowiadajaca temu napieciu wartosc pradu zamienia sie na wielkosc proporcjonalna do war¬ tosci tego pradu to jest analog pradu, po czym ana- 15 legi te poddaje sie w obwodzie analogowym ope¬ racjom matematycznym w celu uzyskania wielko¬ sci proporcjonalnych do odwrotnosci napiecia na jednym wyjsciu tego obwodu i wielkosci propor¬ cjonalnych do logarytmu z ilorazu pradu przez 20 kwadrat napiecia na drugim wyjsciu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uzyskane wielkosci analogów napiecia i pradu po¬ daje sie na wejscia osi odcietych i osi rzednych urzadzenia rejestrujacego w ukladzie wspólrzed- 25 nych prostokatnych.

3. Sposób wedlug zastrz. 1—2, znamienny tym, ze wartosc napiecia w momencie rozpoczecia po¬ miaru reguluje sie tak, ze odpowiadajaca mu war¬ tosc pradu jest z zadana dokladnoscia stala, a mo- 30 ment rozpoczecia zmiany napiecia i czas jego trwa¬ nia jest regulowany, co umozliwia wykreslenie pro¬ stych Fowlera-Nordheima dla szerokiego zakresu grubosci warstwy naparowywanej bez przerywania procesu naparowywania i bez koniecznosci stoso- 35 wania podzakresów.

4. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1—3, znamienne tym, ze elektrody mikro¬ skopu polowego (1) polaczone sa szeregowo z zasi¬ laczem (2) napiecia bazy, którego wartosc napiecia 4 jest stala w czasie wykreslania danej prostej Fow¬ lera-Nordheima i z zasilaczem (3) napiecia pomoc¬ niczego, którego wartosc napiecia zmienia sie w funkcji czasu w sposób ciagly od zera do pewnej okreslonej wartosci, a okres trwania napiecia jest 45 regulowany.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze zasilacz (3) napiecia pomocniczego jest dodatko¬ wo polaczony z mikroskopem polowym (1) za po¬ moca regulatora (4) napiecia bazy, który reguluje 50 wartosc tego napiecia tak, ze wartosc pradu prze¬ plywajacego przez mikroskop (1) w momencie kie¬ dy wartosc napiecia pomocniczego jest równa zeru, jest stala z zadana dokladnoscia.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—5, znamienne tym, ze obwód mikroskopu polowego (1) poprzez blok (5) zamiany wartosci napiecia na analog na¬ piecia i blok (6) zamiany wartosci pradu na analog pradu polaczony jest z obwodem analogowym wy- konujacym operacje matematyczne nad tymi ana¬ logami w celu uzyskania na wyjsciu obwodu ana¬ logowego wielkosci podanych w zastrz. 1.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—6, znamienne tym, ze obwód analogowy zawiera blok (7) wyko- 65 nujacy operacje logarytmowania analogu napiecia, 557 60465 8 blok (8) wykonujacy operacje logarytmpwania ana¬ logu pradu, blok (9) wykonujacy operacje zamiany znaku, blok (10) mnozenia przez staly wspólczynnik równy 2, blok (11) dokonujacy sumowania wyni¬ ków operacji przeprowadzonych przez bloki (7, 8, 9 i 10) oraz blok (12) dokonujacy operacji podnosze¬ nia do potegi (—1) analogu napiecia.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—7, znamienne tym, ze zawiera urzadzenie rejestrujace (13) w ukladzie wspólrzednych prostokatnych, którego praca jest sterowana dwustanowo za pomoca bloku sterowania (14), to znaczy, ze albo jest w stanie przygotowywania sie do rejestracji, lub ja doko¬ nuje. Dokonano jednej popr 12 Ir? HZr 10 13 r1 11 4 H 14 WDA-l. Zam. 4916. Naklad 230 egz. PL PL