样品真空制备腔的制作方法

1.本发明涉及一种样品制备设备，尤其涉及一种样品真空制备腔，属于真空科研设备领域。


背景技术：

2.在各类超高真空表面科学实验中，由于实验样品常常需要不同的探测方式（如stm、xps等）进行表征，因此，样品在经超高真空传样后、进行表征前，都需要经过预处理以达到清洁的目的。若直接省略这一预处理步骤，则会因为样品接触过大气而直接影响样品在超高真空环境中的表征参数，且样品还会在超高真空环境中进行放气、使真空度变差。因此在现阶段的各项实验中，实验开始前的样品预处理步骤是必不可少的，而也正是由于这一步骤的存在，极大地延长了实验时间。
3.为了应对上述问题，缩短工作时间、提高工作效率，业内研究者开始尝试使样品在超高真空中既可以进行预处理、同时又可以进行简易的薄膜生长。目前的常规做法是在设备中添加单独的预处理腔与生长室以满足需要，但这样一来不仅使系统整体变得更加庞大、复杂，而且也极大地增加了设备制造成本。
4.综上所述，如何在现有研究的基础上提出一种全新的、设计合理的样品真空制备设备，既能够满足样品预处理及薄膜生长这两种需求而又不需要额外添加其他部件，进而克服现有技术中存在的诸多缺陷，也就成为了本领域内技术人员所亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种样品真空制备腔，具体方案如下。
6.一种样品真空制备腔，整体设置于一个用于起承载作用的支撑台架上，包括一个用于进行样品处理的球形腔体，所述球形腔体的下端部固定设置于所述支撑台架的上端面，所述球形腔体上开设有多个用于连接外部器材的连接法兰口，所述球形腔体内部设置有一个用于承载和清洁样品的高低温样品台，所述球形腔体通过所述连接法兰口分别固定连接有用于调整样品位置的高低温样品架以及用于维持腔体内真空的真空组件，所述高低温样品架与所述高低温样品台相连接并可带动其在所述球形腔体内移动。
7.优选地，所述球形腔体上还开设有一个进样腔连接口，所述球形腔体通过所述进样腔连接口与外部进样设备相连接；在样品的传递过程中，磁力杆通过所述进样腔连接口对所述高低温样品台进行抓取。
8.优选地，所述球形腔体上还开设有多个观察窗口，用于在样品进样过程中实时观察磁力杆通过所述进样腔连接口抓取所述高低温样品台的过程。
9.优选地，所述球形腔体的底部上还连接有至少一个预留蒸发源法兰口，所述预留蒸发源法兰口为cf35法兰口，所述球形腔体通过所述预留蒸发源法兰口与外部蒸发源相连接；在所述外部蒸发源的作用下，所述球形腔体内的样品可进行简易的薄膜生长。
10.优选地，所述真空组件包括用于对所述球形腔体执行抽真空操作的干泵及普发分子泵、用于保持所述球形腔体腔室内超高真空的溅射离子泵；所述普发分子泵通过一根转接管及一个插板阀与所述球形腔体相连接，所述转接管的一端与所述连接法兰口相连接、另一端与所述插板阀相连接，所述插板阀为cf100插板阀、其与所述普发分子泵相连接并可控制其开闭，所述溅射离子泵固定连接于所述转接管的中段位置。
11.优选地，所述真空组件还包括用于读取所述球形腔体内真空度的离子规以及用于监测所述球形腔体内残余气体的残余气体分析仪，所述离子规与所述残余气体分析仪均通过所述连接法兰口与所述球形腔体相连接。
12.优选地，所述球形腔体上的一个所述连接法兰口为cf100法兰口、其可连接有用于实时监测样品上薄膜生长状况的低能电子衍射仪。
13.优选地，所述球形腔体上的多个所述连接法兰口为cf35法兰口、其可作为预留法兰口，用于连接外部反应设备。
14.本发明的优点主要体现在：本发明所揭示的一种样品真空制备腔，在不需要额外添加预处理腔与其他设备的前提下，同时满足了样品表面清洁预处理及简易的薄膜生长这两种使用需求。在本发明的方案中，还可以借助leed对薄膜生长过程进行实时监测，进一步确保了制备腔的使用效果。
15.采用本发明的方案，能够确保试验样品所处的真空环境达到实验要求，并且还能在最大限度上降低样品在不同腔室间转移所花费的实验及时间成本，更高效、更直观地完成对样品的处理。
16.此外，本发明也为同领域中其他真空制备设备的设计、制造和使用提供了技术启示，具有很高的借鉴、使用及推广价值。
17.以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的中心剖面结构示意图。
19.其中： 1、支撑台架；2、球形腔体；3、高低温样品台；4、高低温样品架；5、进样腔连接口；6、观察窗口；7、预留蒸发源法兰口；8、普发分子泵；9、溅射离子泵；10、插板阀；11、离子规；12、残余气体分析仪。
具体实施方式
20.如图1~图2所示，本发明揭示了一种结构简单、便于对样品进行预处理的样品制备腔，用于实现样品在超真空条件下的表面清洁预处理，同时使用leed（低能电子衍射仪）实时监测简易的薄膜生长、节约处理样品的时间成本。具体方案如下。
21.一种样品真空制备腔，整体设置于一个用于起承载作用的支撑台架1上，包括一个用于进行样品处理的球形腔体2，所述球形腔体2的下端部固定设置于所述支撑台架1的上端面，所述球形腔体2上开设有多个用于连接外部器材的连接法兰口，所述球形腔体2内部设置有一个用于承载和清洁样品的高低温样品台3，所述球形腔体2通过所述连接法兰口分
别固定连接有用于调整样品位置的高低温样品架4以及用于维持腔体内真空的真空组件，所述高低温样品架4与所述高低温样品台3相连接并可带动其在所述球形腔体2内移动。
22.所述球形腔体2上还开设有一个进样腔连接口5，所述球形腔体2通过所述进样腔连接口5与外部进样设备相连接；在样品的传递过程中，磁力杆通过所述进样腔连接口5对所述高低温样品台3进行抓取。
23.为了进一步方便操作，所述球形腔体2上还开设有多个观察窗口6，用于在样品进样过程中实时观察磁力杆通过所述进样腔连接口5抓取所述高低温样品台3的过程。
24.所述球形腔体2的底部上还连接有至少一个预留蒸发源法兰口7，所述预留蒸发源法兰口7为cf35法兰口，所述球形腔体2通过所述预留蒸发源法兰口7与外部蒸发源相连接；在所述外部蒸发源的作用下，所述球形腔体2内的样品可进行简易的薄膜生长。
25.所述真空组件包括用于对所述球形腔体2执行抽真空操作的干泵（图中为示出）及普发分子泵8、用于保持所述球形腔体2腔室内超高真空的溅射离子泵9；所述普发分子泵8通过一根转接管及一个插板阀10与所述球形腔体2相连接，所述转接管的一端与所述连接法兰口相连接、另一端与所述插板阀10相连接，所述插板阀10为cf100插板阀、其与所述普发分子泵8相连接并可控制其开闭，所述溅射离子泵9固定连接于所述转接管的中段位置。
26.所述真空组件还包括用于读取所述球形腔体2内真空度的离子规11以及用于监测所述球形腔体2内残余气体的残余气体分析仪（rga）12，所述离子规11与所述残余气体分析仪12均通过所述连接法兰口与所述球形腔体2相连接。
27.所述球形腔体2上的一个所述连接法兰口为cf100法兰口、其可连接有用于实时监测样品上薄膜生长状况的低能电子衍射仪（leed）。此外，所述球形腔体2上的其他一个或多个所述连接法兰口为cf35法兰口、其可作为预留法兰口，用于连接外部反应设备。
28.在本发明的工作过程中，需先打开干泵，待干泵完全运转后再打开普发分子泵8，当真空度进入5.0
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7.0mbar后打开溅射离子泵9。随后对整个系统进行烘烤，烘烤温度150摄氏度持续时间超过48小时。烘烤完成后使用高低温样品台3对样品进行退火处理清洁样品，随后使用液氮进行降温处理。使用残余气体分析仪12对腔室内进行残余气体分析，确认腔体内部的清洁度。之后便可以使用蒸发源对样品进行简易的薄膜生长，并使用低能电子衍射仪进行实时监测。采用本发明的方案后，制备腔整体的参数指标可以达到真空度＜5x10
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10mbar、漏率＜1x10
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10mbar。
29.与现有技术相比，本发明的优点主要有以下几个方面：（1）本发明利用了高低温样品台，通过四轴高低温样品台的使用，既实现了对样品的退火处理、对样品的清洁，还可以根据实际需求时刻调整样品位置;（2）本发明的对球腔进行了特殊的结构设计，使其既可以进行清洁样品又可实现简易的薄膜生长，使制备腔整体的集成度大幅提升，缩减了制备腔整体的大小与设备制造成本；（3）在本发明的方案中，使用leed可以在薄膜的生长过程中进行监测以实时观察薄膜的情况，保证薄膜质量。
30.综上所述，本发明所揭示的一种样品真空制备腔，在不需要额外添加预处理腔与其他设备的前提下，同时满足了样品表面清洁预处理及简易的薄膜生长这两种使用需求。在本发明的方案中，还可以借助leed对薄膜生长过程进行实时监测，进一步确保了制备腔
的使用效果。
31.采用本发明的方案，能够确保试验样品所处的真空环境达到实验要求，并且还能在最大限度上降低样品在不同腔室间转移所花费的实验及时间成本，更高效、更直观地完成对样品的处理。
32.此外，本发明也为同领域中其他真空制备设备的设计、制造和使用提供了技术启示，具有很高的借鉴、使用及推广价值。
33.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。