Электрометр из полевичка, и поле острия иглы Опции

[AndreyVN]

Фсем привет!

Народ, тут идейка шальная появилась, раскритикуйте пожалуйста.

Есть электрод (цилиндр Фарадея) на который попадает заряд. Чтобы измерить заряд, обычно делают каскад на полевичке с малой утечкой и интегратор. На выходе имеем потенциал пропорциональный заряду на цилиндре.

А что если... Оконечить цилиндр Фарадея острием, вблизи острия электростатическое поле усиливается, помещаем туда кристалик полевичка и измеряем сопротивление перехода. (Затвор полевика оборван, а переход находится в электростатическом поле иглы.)

Острие может иметь очень ввысокий "к-т усиления" поля, сам считал поле вблизи параболоида вращения, когда парабола схлопывается в прямую линию, к-т уходит в бесконечность. Правда, сильное поле сосредоточено в области порядка радиуса закругления острия, то есть, по мере заточки иглы придется уменьшать и размер кристалика полевика.

О чем хочу спросить.
1. Почему так не делают?
2. Где подводные камни?
3. Доводилось кому нибуть ковырять полевички и воздействовать на кристалл электростатикой?

[jartsev]

Фсем привет!

Народ, тут идейка шальная появилась, раскритикуйте пожалуйста.

Есть электрод (цилиндр Фарадея) на который попадает заряд. Чтобы измерить заряд, обычно делают каскад на полевичке с малой утечкой и интегратор. На выходе имеем потенциал пропорциональный заряду на цилиндре.

А что если... Оконечить цилиндр Фарадея острием, вблизи острия электростатическое поле усиливается, помещаем туда кристалик полевичка и измеряем сопротивление перехода. (Затвор полевика оборван, а переход находится в электростатическом поле иглы.)

Острие может иметь очень ввысокий "к-т усиления" поля, сам считал поле вблизи параболоида вращения, когда парабола схлопывается в прямую линию, к-т уходит в бесконечность. Правда, сильное поле сосредоточено в области порядка радиуса закругления острия, то есть, по мере заточки иглы придется уменьшать и размер кристалика полевика.

О чем хочу спросить.
1. Почему так не делают?
2. Где подводные камни?
3. Доводилось кому нибуть ковырять полевички и воздействовать на кристалл электростатикой?

То что площадь затвора должна бы малой это одно,
и второе, расстояние до проводящего канала тоже должно быть нанометры, что бы конкурировать с заводским исполнением
И в третьих, чем вас обыкновенный электрометр не устраивает? Естественно на операционнике

[AndreyVN]

То что площадь затвора должна бы малой это одно,
и второе, расстояние до проводящего канала тоже должно быть нанометры, что бы конкурировать с заводским исполнением
И в третьих, чем вас обыкновенный электрометр не устраивает? Естественно на операционнике

В первую очередь чувствитльность, фиг его знает какая она окажется в моем случае. Заманчиво то, что усиление вроде как без шума оказывается. Какие шумы у острия иглы?
Помимо этого, в моем случае можно включиться по мостовой схеме и работать на переменке, дрейф нуля, думаю, выйграет по сравнению с обычным электрометром.
Еще, заряд измеряется практически напрямую, без интегрирования, линейность тоже должна улучшиться.

В литературе встречается упоминание про электрометры, с чувствительностью 1 e, любопытно, справедливы зконы электростатики (ур-е Лапласса, например) для одного электрона? Распределение заряда - вроде как эффект коллективный.


А в технике полупроводников иголочки не используют? Или не могут, поскольку по технологии не получается?

[Tanya]

В литературе встречается упоминание про электрометры, с чувствительностью 1 e, любопытно, справедливы зконы электростатики (ур-е Лапласса, например) для одного электрона? Распределение заряда - вроде как эффект коллективный.

Вы абсолютно правы про коллективный эффект. Так и будет. Пусть имеется некоторое распределение электронной плотности на проводнике. Добавим еще один электрон. Что же произойдет? Электроны на границе все немного выдвинутся наружу. В разной степени. Так, чтобы было приятно уравнению Лапласа. Они и в полностью нейтральном теле вылезают наружу...

[jartsev]

В первую очередь чувствитльность, фиг его знает какая она окажется в моем случае. Заманчиво то, что усиление вроде как без шума оказывается. Какие шумы у острия иглы?

Те же самые что у резистора

А в технике полупроводников иголочки не используют? Или не могут, поскольку по технологии не получается?

Используют ессно, правда не для затворных целей
кантелевер имеем остриё с атомарным радиусом наприер

а для тестирования бескорпусных полурповодниковых приборов в нашем СОРАН используют совсем толстые иголочки в 7 мкм

[AndreyVN]

Те же самые что у резистора

Не факт.
Тепловые шумы появятся в системе электрод - изолятор, токи утечки. Если у идеализированного острия нет диссипации энергии, шумов не будет, а усиление - будет.

кантелевер имеем остриё с атомарным радиусом наприер

Тунельная микроскопия конечно "в тему", но я про полупроводники спрашивал.

а для тестирования бескорпусных полурповодниковых приборов в нашем СОРАН используют совсем толстые иголочки в 7 мкм

А что тестируете, электрическую прочность? Если да, не интересно.
Вопрос, почему бы не применить известный эффект усиления поля для измерительных целей, например, в цепи изолированного затвора.

[MaslovVG]

Давайте верннемся к базовым понятиям в Физике.
Практически все приборы измеряют либо разность потенциалов либо ток (величину заряда через интегрирование тока). В таких условиях напряженность поля определяется геометрией устройства. Например на канале полевого транзистора при разности потенциалов 1 вольт с геометрическими размерами канала 1 микрон имеем напряженности поля порядка миллион вольт на метр.
Так что в вашем случае Измерение заряда чрез интегрирование тока единственно правильный метод.

[jartsev]

Не факт.
Тепловые шумы появятся в системе электрод - изолятор, токи утечки. Если у идеализированного острия нет диссипации энергии, шумов не будет, а усиление - будет.

Может я физику подзабыл, но всегда считал что джонсоновский шум проявляется в объёмном проводящем материале, контакт ему не обязателен.
А вот 1/f как раз тянется к контакту, и не обязательно к системе металл-диэлектрик, хватит любого контакта с потенциальным барьером.

А что тестируете, электрическую прочность? Если да, не интересно.

Нет, банально ВАХ структур малых размеров. Позиционируем под микроскопом.

Вопрос, почему бы не применить известный эффект усиления поля для измерительных целей, например, в цепи изолированного затвора.

Во первых зачем ?, Во вторых если и надо зачем то мороки не оберешься.

И опять таки настаиваю, что INA128 решит подавляющее большинство задач такого рода.
Если измеряемые токи меньше входного тока этого ОУ (там что то вроде 50 fA), ставим электронный умножитель (Burle Tech) и регистрируем элементарные заряды.

Сообщение отредактировал Ярцев А.В. - Jun 9 2009, 06:59

[AndreyVN]

Может я физику подзабыл, но всегда считал что джонсоновский шум проявляется в объёмном проводящем материале, контакт ему не обязателен.
А вот 1/f как раз тянется к контакту, и не обязательно к системе металл-диэлектрик, хватит любого контакта с потенциальным барьером.

А может и я подзабыл... Подумать надо, собственно, если выйгрыша по шумам не будет, действительно, заморачиваться нечего.

И опять таки настаиваю, что INA128 решит подавляющее большинство задач такого рода.
Если измеряемые токи меньше входного тока этого ОУ (там что то вроде 50 fA), ставим электронный умножитель (Burle Tech) и регистрируем элементарные заряды.

Да нет, практически у меня так все и работало в масс-спектрометре ITD-800 (Finnigan MAT) ВЭУ (вторичных электронов умножитель) с к-ом усиления 1E6, стакан фарадея и классический электрометр на ОУ. Львиная доля шумов, это ВЭУ. Действитльно, электрометры с чутьем 1e это система электронный умножитель + электрометр.

Давайте верннемся к базовым понятиям в Физике. Практически все приборы измеряют либо разность потенциалов либо ток (величину заряда через интегрирование тока). В таких условиях напряженность поля определяется геометрией устройства..

От базовых понятий никто не отказывается. Действительно, разость потенциалов возникнет за счет неоднородности поля. То есть для прямого измерения заряда надо еще кристалл либо вытянуть вдоль иглы, либо сместить в сторону от "пипки". Или заземлить подложку. Фигня получается.

[jartsev]

В нашем деле главное не разучиться мечтать