Устройство измерения потенциала поверхности холодного катода газоразрядного прибора

Устройство измерения потенциала поверхности холодного катода газоразрядного прибора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к технике физического эксперимента и позволяет контролировать потенциал поверхности электрических покрытий. Оно может быть использовано в вакуумной и плазменной электронике. Цель изобретения заключается в обеспечении возможности более точного измерения потенциала холодного катода непосредственно в рабочих условиях газового разряда. Сущность изобретения; устройство включает в себя держатель образца, выполненный из материала с высокой электропроводностью в виде вращающегося цилиндра с углублением в радиальном направлении для установки образца из исследуемого материала, а над ним на равном расстоянии от оси вращения размещены измерительный электрод-зонд и анод газоразрядного промежутка. Анод перемещается в диэлектрическую трубку. Поперечные размеры анода, измерительного электрода и ширина образца равны. Расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, а расстояние анод-образец 10-20 мм. 2 ил.!(л

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1 ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Н 01 J 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4865189/21 (2 2) 1 2. 07,90 (46) 07.12.92. Бюл.N. 45 (71) Рязанский радиотехнологический институт (72) О.Н,Крютченко, А.Ф.Маннанов, А.И.Улитенко и Э.И,Соколовский (56) Карабаов С.М., Соломеников Г.В. и Кулаков А.П. Об использовании тлеющего разряда для контроля величины сопротивления резистивных элементов ГИП. Межвузовский сборник. Вакуумная и газоразрядная электроника. Рязань, 1981. с.96.

Губкин А.Н. Электреты. Электретный эффект в твердых диэлектриках. М.: Наука, 1978, с.90-97. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОГО КАТОДА ГАЗОРАЗРЯДНОГО ПРИБОРА (57) Использование: изобретение относится к технике физического эксперимента и позволяет контролировать потенциал поверхИзобретение относится к методам исследования электрофизических свойств тонкопленочных диэлектрических покрытий.

Оно может быть использовано в технике физических исследований, в частности при разработке технологии изготовления защитных покрытий холодных катодов газоразрядных приборов.

Одна из проблем в исследовании работы холодного катода, покрытого тонким (2050 мм) слоем оксида, в газовом разряде— определение положительного динамического потенциала его поверхности, Наличие

SU 1780124 А1 ности электрических покрытий. Оно может быть использовано в вакуумной и плазменной электронике. Цель изобретения заключается в обеспечении возможности более точного измерения потенциала холодного катода непосредственно в рабочих условиях газового разряда. Сущность изобре1ения: устройство включает в себя держатель образца, выполненный из материала с высокой электропроводностью в виде вращающегося цилиндра с углублением в радиальном направлении для установки образца из исследуемого материала, а над ним на равном расстоянии от оси вра.цения размещены измерительный электрод-зонд и анод газоразрядного промежутка. Анод перемещается в диэлектрическую трубку. Поперечные размеры анода, измерительного электрода и ширина образца равны. Расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, а расстояние анод-образец 10-20 мм. 2 ил, этого потенциала во многом определяет особенности генерации вторичных электронов с поверхности катода, устойчивость катода и действие ионной бомбардировки.

Известно устройство регистрации падения потенциала на резистивном тонкопленочном покрытии анода. Оно включает в себя два идентичных газоразрядных промежутка. анод одного из них свободен, а второй покрыт резистивным материалом, Из сравнения вольтамперных характеристик этих промежутков определяют падение напряжения на резистивном слое, 1780124

Исполь":onàíèå эroro устройства для измерения потенциала поверхности катода, покрыпгого диэлектрическим слоем, затруднено. Это связано с тем, что наличие диэлектрика на поверхности катода значительно изменяет его вторично-эмиссионные свойства, Это приводит к неидентичности вольтамперных характеристик газоразрядных промежутков (эталонного и с катодом, покрытым диэлектрикîM), на фоне которой определение потенциала катода может быть осуществлено с недопустимо большой погре ш н остью.

Наиболее близким по своей технологической сущности к заявляемому решению является устройство измерения потенциала поверхности диэлектрических образцов (в частности холодного катода газоразрядного прибора), включающее в себя неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока и контролируемый образец, перемещающийся относительно электрода. Между электродом и образцом может быть инициирован газовый разряд, а после его выключения измерен потенциал поверхности, однако в этом случае велика погрешность измерения потенциала из-за частичной компенсации поверхностного заряда при деионизации газоразрядного промежутка, что делает данное устройство малопригодным для решения поставленной задачи, Цель данного изобретения — повышение точности измерения потенциала поверхности холодного катода непосредственно в рабочих условиях газового разряда.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве измерения потенциала поверхности холодного катода газоразрядного прибора, включающего в себя неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуци рован ного перемен ного тока и контролируемый образец перемещающийся относительно электрода, держатель образца выполнен в виде вращающегося цилиндра из материала с высокой электропроводностью с углублением в радиальном направлении для расположения образца, а над ним на равном расстоянии от оси вращения размещены измерительный электрод и анод гаэоразрядного промежутка, помещенный в диэлектрическую трубку, при этом поперечные размеры анода, измерительного электрода-зонда и ширина углубления для образца равны, расстояние электрод — образец составляет 0,1-0,2 мм, а расстояние анод — образец 10-20 мм, Отличием предлагаемого технического решения является наличие вращающегося цилиндра иэ материала с высокой электро l0

55 проводностью с углублением в радиальном направлении для размещения образца, что позволяет разделить локальные области измерения потенциала поверхности образов холодного катода и воздействия HB них разряда требуемой разновидности. 8 известных авторам источниках подобные решения не обнаружены.

Положительный эффект от использования данного изобретения обусловлен тем, что с помощью разработанного устройства может быть проведено экспрессное измерение потенциала поверхности холодного катода, величина, которая несет информацию об электрофизических свойствах защитного окисного покрытия катода. На основе этой информации возможна отбраковка потенциально непригодных катодов, прогнозирование их срока службы. Это в свою очередь повысит качество газоразрядных приборов.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствуе критерию "существенные отличия".

Один из вариантов конструкции предлагаемого устройства измерения потенциала поверхности холодного катода газоразрядного прибора представлен на фиг.1. Оно включает в себя держатель образца 1, на котором расположен исследуемый холодный катод 2. Держатель образца выполнен из меди, соединен со шкивом электромотора 3 и может вращаться вокруг оси. Над держателем образца располо>кены измерительный электрод 4, в электричеoêîé цепи предусмотрена возможность контроля индуцированного переменного тока, и анод 5 газоразрядного промежутка, огран ичен ного диэлектрической кварцевой трубкой 6.

Катодом этого газоразрядного промежутка поочередно является образец и держатель образца.

На фиг.2 представлены осциллограммы тока, регистрируемого в цег,и измерительного электрода при постоянном поддержании газового разряда и скорости вращения образца.

По результатам измерений кон, оолируется

Uoc — амплитудное значение ока х:

Лт — время нарастания тока.

Устройство работает следу.ощим образом.

Держатель к исследуемым материалам помещают в вакуумную камеру, откачивают ее и заполняют рабочим газом до требуемого давления. Держатель образца 1 приводят в движение с помощью электрог: отора, затем подают на анод 5 напря>кение доск а fo÷ное для возбуждения требуе;1<>ll формы разряда в промежутке анод,<еil.;:ç l ель об1780124 разца (образец). Поверхность образца холодного катода в момент вхождения в зону газового разряда приобретает положительный потенциал из-за зарядки поверхности в газовом разряде. 5

Этот потенциал при периодическом перемещении относительно измерительного электрода вызывает в его электрической цепи наведенный переменный ток, амплитуда которого (Uoc — фиг,2) однозначно определя- 10 ется величиной поверхностного потенциала образца, Зная эту амплитуду, можно рассчитать значения потенциала образца по формуле

Uoc ДТ

RC где С = 8,8510

-в S

S — площадь зонда, см;

2.

d — зазор образец — зонд, см;

U« — амплитуда сигнала на экране осциллографа;

Дz — время нарастания сигнала, с; 25

R — входное сопротивление осциллографа.

Расстояние электрод — образец составляет 0,1-0,2 мм (устанавливается с помощью специальной юстировочной головки). Вы- 30 бор такого расстояния обусловлен необходимостью увеличения емкости данного зазора, что повышает точность измерения потенциала, Расстояние анод — образец выбирается 35

10-20 мм. При таком расстоянии в газораэрядном промежутке легко реализуется любая форма газового разряда.

Испытание разработанного устройства производилось на промышленной установ- 40 ке УВН-2м-1, В качестве образцов холодного катода использовалась фольга из сплава алюминия AD-1 толщиной 500 мкм, шириной 1 см, прошедшая предварительный термоотжиг в кислороде при температуре 45

300 С. При этом на ее поверхности сформировался слой оксида алюминия толщиной примерно 30 мм.

Вакуумная камера установки откачивалась до давления остаточных газов 10 мм 50

-4 рт.ст., а затем заполнялась гелием до давления в пределах 3,0-3,5 мм рт.ст. В газоразрядном промежутке возбуждался тлеющий разряд при Ur=200 6 и токе I=5 rnA.

Скорость вращения подложно-держате- 55 ля в режиме измерения составляла 600 об/мин. По результатам измерения время нарастания сигнала составляло 50 мкс, максимальная амплитуда сигнала 100 мВ. Из расчета потенциала поверхности образцов при площади зонда 1 с, проведенного по фор уле, следует, что он составляет 5В, что ссгласуется с существующим в настоящее время представлением о механизме работы холодного катода в гаэоразрядных приборах постоянного тока.

Использование предлагаемого технического решения в условиях промышленного производства позволяет получить экономический эффект за счет выбора оптимальной технологии изготовления холодных катодов.

Формула изобретения

Устройство измерения потенциала поверхности холодного катода газоразрядного.прибора, включающее неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока идержатель контролируемого образца, выполненный в возможностью перемещения относительно электрода, и средства регистрации потенциалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения потенциала поверхности холодного катода непосредственно в рабочих условиях газового разряда, держатель образца выполнен в виде электропроводного с возможностью осевого вращения цилиндра с углублением в радиальном направлении для размещения образца из исследуемого материала, а над ним размещены упомянутый измерительный электрод-зонд и анод газоразрядного промежутка, помещенный в диэлектрическую трубку, при этом поперечные размеры анода, измерительного электрода и ширина углубления для образца выполнены равными, расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, расстояние анод-образец — 10-20 мм, расстояние от конца диэлектрической трубки до держателя образца не менее 1 мм при скорости вращения не менее 200 об/мин. а средство регистрации потенциала поверхности пленки определены из конечного выражения дц AUoc Дт d

Л Unn где Д Uec- амплитуда сигнала на осциллографе, В;

R — входное сопротивление осциллографа, Ом;

S — площадь зонда, м ;

2.

d — расстояние образец-зонд, м;

1780! 24 к Осцил биографу

Фиг. 1:

Фиг. 2

Составитель О.Крютченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,Пекарь

Редактор

Заказ 4438 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

A r — время положигельносо импульса напряжения на осциллографе. с:

--диэлектрическая пос1оянная BBI;уума. Ф/м.

:к я т. чи у иитаииа анода