专利名称：能调样品位形的低温恒温器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及应用4He(氦)低温液体致冷、电场、磁场与位形测试或分析材料和器件的装置，是一种用于半导体材料和器件在深低温强磁场下电子输运物理特性研究的能调样品位形的低温恒温器。
深低温强磁场下电子输运特性测量是研究半导体材料与器件的重要手段之一。它可以直接给出一些基本物理参数如霍尔系数、电阻率、电子迁移率、载流子浓度、禁带宽度等，是评价材料与器件的重要方法之一。电子输运特性研究装置主要有三个基本部分构成，深低温、强磁场和样品位形。目前用于半导体电子输运研究的4He低温装置一般温度范围1.5K-300K，磁场0-10特斯拉，样品位形只能纵向(样品电流与磁场夹角呈0°)或横向(样品电流与磁场夹角呈90°)，一次实验只能选择纵向和横向中的一种。在深低温强磁场下难以进行材料、器件的位形研究，制约了电子输运中位形研究的深入发展。英国牛津公司与美国JANIS公司是目前国际上主要从事研究生产低温系统的二家公司，但至今未见有在低温下能连续调节样品位形的恒温器。
本实用新型的目的在于提供一种能调样品位形的低温恒温器，在低温强磁场下样品位形可以在0°至90°范围内连续调节。
本实用新型的目的通过如下技术方案达到。本方案主要由样品架、低温恒温器、主氦池杜瓦和超导磁体组成，将超导磁体通过吊杆置于主氦池杜瓦内，通过低温恒温器的法兰与主氦池杜瓦法兰对接，将低温恒温器放入主氦池杜瓦内、低温恒温器置样品的恒温室部位伸入超导磁体内腔体，通过样品架的滑动标准口与低温恒温器的标准口对接，使样品架伸入置于低温恒温器中，其中恒温器的设计融合了高真空绝热、引线热沉、限流、减压等技术。通过减压最低温度达到1.12K，温区范围为1.12K-300K。当转动样品架转角旋钮，样品架位形杆带动齿轮、齿条及样品基片一起转动，使样品的电流和磁场的夹角置于0°至90°范围内任意位形再锁定样品位置，使样品的电流和磁场的夹角取向有多种选择。
以下结合附图对本实用新型作详细阐述
图1是本实用新型能调样品位形的低温恒温器的结构剖示图。
图2是本实用新型的样品架的结构剖示图。
图3是本实用新型的样品架的侧视图，图3是图2的左视图。
图4是本实用新型的低温恒温器的结构剖示图。
图5是本实用新型的主氦池杜瓦示意图。
图6是本实用新型的超导磁体示意图。
图7是本实用新型的低温恒温器的降温曲线。
图8是使本实用新型的低温恒温器获得的碲镉汞霍尔器件不同角度下磁阻与磁场关系曲线。
图9是使用本实用新型的低温恒温器获得的霍尔器件磁阻振荡的曲线。
请参阅附图，本实用新型主要包括样品架1、低温恒温器2、主氦池杜瓦3和超导磁体4所组成。
磁体402经过吊杆401置于主氦池杜瓦3的主氦池308中；通过低温恒温器2的法兰205与主氦池杜瓦3的内杜瓦法兰302对接，低温恒温器2伸入主氦池杜瓦3的主氦池308内，低温恒温器2内置样品的恒温室部位伸入超导磁体4中的腔体403内；通过样品架1的滑动标准口109与低温恒温器2的标准口201对接，使样品架伸入置于低温恒温器2中。
所说的样品架1由主杆107与齿轮齿条固定支架103连接，在主杆107上置有低真空抽口121与测量引线电缆座106，位形调节杆104装入主杆107内，位形调节杆密封环105分别与位形调节杆104、主杆107连接，位形调节杆104与样品旋转调节齿条101连接，样品旋转调节齿条101能通过齿条锁定钮102锁定，样品旋转调节齿轮122装入固定支架103，带有角度刻度的齿轮压板124与固定支架103固定，齿轮旋转钮123与旋转调节齿轮122固定，样品架主杆密封环108与供低温恒温器2对接的样品架滑动标口109对接后再与样品架主杆107连接，样品架主杆107与过渡法兰120连接，过渡法兰120与样品架过渡管111连接，引线热沉柱110与过渡管111连接，过渡法兰119与过渡管111连接，样品恒温基座112与过渡法兰119连接，样品位形调节齿条113置于样品恒温基座112内与位形调节杆104连接，样品转动齿轮115装入样品恒温基座112，齿轮压板125与样品恒温基座112固定，样品基片118安装在样品转动齿轮115上，在样品恒温基座112上置有测量引线孔114，铑铁温度计涂上真空油脂装入温度计基座116，用康铜丝绕在样品恒温基座112上的电炉基座117上。
所说的低温恒温器2，由主管207分别与法兰205、恒温器减压口203、球阀202、恒温器外法兰208连接，球阀202与供对接样品架1的标准口201连接，颈管216分别连接恒温器外法兰208、内法兰210和限流环214，高真空管206穿过法兰205并与其连接，高真空管206的一端与恒温器外法兰208连接，另一端置有高真空阀及抽口204，恒温器外法兰208连接针阀217，针阀内含有部件密封波纹管218，针阀调节杆219分别与针阀217、法兰205连接，针阀调节杆密封环220装入法兰205拧紧，针阀调节钮221与针阀调节杆219连接，恒温器内法兰210连接恒温器内体212，恒温器外法兰208连接恒温器外体209，恒温器外体209与恒温器内体212之间为恒温器高真空室211，内体212的内腔体是供置放样品的恒温室213，在针阀217和恒温室213之间装有相通的毛细管215。
所说的主氦池杜瓦3和超导磁体4中，超导磁体4中的402为NbTi和Nb3Sn组合磁体，可提供12特斯拉的场强，磁体通过磁体吊杆401吊装在内杜瓦法兰302上再置于主氦池杜瓦3的主氦池308内。在内杜瓦法兰302上分别装有通往主氦池308的输液口309与回气口301，内杜瓦法兰302与杜瓦内壁307连接构成内杜瓦，外杜瓦法兰303与杜瓦外壁305连接构成外杜瓦，然后内杜瓦置于外杜瓦内，内杜瓦与外杜瓦之间为高真空室306。在杜瓦外壁上设置有高真空抽口和高真空阀304。
样品位形调节时，首先松开齿条锁定钮102和位形调节杆密封环105，旋转调节齿条101至所需角度，拧紧密封环105和齿条锁定钮102，进入工作状态。
在低温下调换样品时先松开主杆密封环108，然后向上提升主杆107至球阀202，关闭202，待15分钟后见样品架的滑动标准口109化霜后取下样品架。样品置换后装入恒温器，先密封标准口201，然后机械泵8抽低真空抽口121至133帕，然后打开球阀202，稍松主杆密封环108，将样品架1慢慢向下插，一般需20分钟，以减少液氦气化，样品架1送入恒温器内后拧紧主杆密封环108。
低温恒温器降温时，首先将一台速率为10升/秒的机械泵与恒温器减压口203连接，在机械泵与恒温器减压口203之间并接通径32毫米的蝶阀和隔膜阀各一只以便控制机械泵抽速，接着启动机械泵，然后适量打开隔膜阀，此时打开针阀217通过毛细管215往恒温器内灌液氦，恒温器内灌满后，关闭针阀217，慢慢打开隔膜阀，当恒温器内温度接近2.17K时打开蝶阀全速抽，当恒温器内蒸气压饱和时，恒温器降温过程结束进入工作状态。图7为本低温恒温器降温时温度与时间关系曲线。本实用新型能调样品位形的低温恒温器最低温度达1.12K，最低温度维持时间可达6小时(指恒温器内一次灌满液氦)，温度范围1.12K-300K，1.12K-4.2K之间温度是通过控制机械泵抽速使恒温器内蒸气压饱和而获得，利用机械泵抽速与蒸气压之间关系控制温度。4.2K-300K之间温度通过自动控制电炉加热，温度稳定度优于1％。样品位形可连续调节的样品架其主要特点是在低温下可置换样品，同时可以置放二块样品，更为重要的是样品位形与磁场夹角0°至90°连续可调并显示角度数，当转动转角旋钮时样品架位形杆带动齿条、齿轮及样品基片一起转动，使样品置于0°至90°范围内任意位形，使用角度锁定钮固定样品位置。这样的设计使样品的电流和磁场的夹角取向有多种选择增加获取材料、器件的电学参数，从而满足电子输运对位形研究的要求。为探索新的物理现象提供了一种全新的研究装置，同时也为二维系统和准二维系统的判别提供了一种新的重要手段。自本实用新型能调样品位形的低温恒器投入试用，已获得许多重要实验结果。图8为碲镉汞霍尔器件磁阻一磁场关系曲线，图9是碲镉汞霍尔器件使用本实用新型的低温恒温器获得位形的最新的实验曲线，该实验结果发现在三维系统中出现具有准二维特征物理象，为对这一新的物理现象给出解释，目前正在从理论和实验两个方面进行深入研究。
本实用新型有如下有益效果1.提供了在深低温、强磁场下样品位形能在0°至90°范围内连续调节的恒温器，满足电子输运对位形研究的要求。
2.低温下能置换样品，一次实验能置放二块样品。
3.温度范围1.12K至300K，最低温度维持时间可达6小时。
权利要求1.一种能调样品位形的低温恒温器，包括样品架(1)、低温恒温器(2)、主氦池杜瓦(3)和超导磁体(4)，其特征在于a.磁体(402)经过吊杆(401)置于主氦池杜瓦(3)的主氦池(308)中；通过低温恒温器(2)的法兰(205)与主氦池杜瓦(3)的内杜瓦法兰(302)对接，低温恒温器(2)伸入主氦池杜瓦(3)的主氦池(308)内，低温恒温器(2)内置样品的恒温室部位伸入超导磁体(4)中的腔体(403)内；通过样品架(1)的滑动标准口(109)与低温恒温器(2)的标准口(201)对接，使样品架伸入置于低温恒温器(2)中；b.所说的样品架(1)由主杆(107)与齿轮齿条固定支架(103)连接，在主杆(107)上置有低真空抽口(121)与测量引线电缆座(106)，位形调节杆(104)装入主杆(107)内，位形调节杆密封环(105)分别与位形调节杆(104)、主杆(107)连接，位形调节杆(104)与样品旋转调节齿条(101)连接，样品旋转调节齿条(101)能通过齿条锁定钮(102)锁定，样品旋转调节齿轮(122)装入固定支架(103)，带有角度刻度的齿轮压板(124)与固定支架(103)固定，齿轮旋转钮(123)与旋转调节齿轮(122)固定，样品架主杆密封环(108)与供低温恒温器(2)对接的样品架滑动标准口(109)对接后再与样品架主杆(107)连接，样品架主杆(107)与过渡法兰(120)连接，过渡法兰(120)与样品架过渡管(111)连接，引线热沉柱(110)与过渡管(111)连接，过渡法兰(119)与过渡管(111)连接，样品恒温基座(112)与过渡法兰(119)连接，样品位形调节齿条(113)置于样品恒温基座(112)内与位形调节杆(104)连接，样品转动齿轮(115)装入样品恒温基座(112)，齿轮压板(125)与样品恒温基座(112)固定，样品基片(118)安装在样品转动齿轮(115)上，在样品恒温基座(112)上置有测量引线孔(114)，铑铁温度计涂上真空油脂装入温度计基座(116)，用康铜丝绕在样品恒温基座(112)上的电炉基座(117)上。c.所说的低温恒温器(2)，由主管(207)分别与法兰(205)、恒温器减压口(203)、球阀(202)、恒温器外法兰(208)连接，球阀(202)与供对接样品架(1)的标准口(201)连接，颈管(216)分别连接恒温器外法兰(208)、内法兰(210)和限流环(214)，高真空管(206)穿过法兰(205)并与其连接，高真空管(206)的一端与恒温器外法兰(208)连接，另一端置有高真空阀及抽口(204)，恒温器外法兰(208)连接针阀(217)，针阀内含有部件密封波纹管(218)，针阀调节杆(219)分别与针阀(217)、法兰(205)连接，针阀调节杆密封环(220)装入法兰(205)拧紧，针阀调节钮(221)与针阀调节杆(219)连接，恒温器内法兰(210)连接恒温器内体(212)，恒温器外法兰(208)连接恒温器外体(209)，恒温器外体(209)与恒温器内体(212)之间为恒温器高真空室(211)，内体(212)的内腔体是供置放样品的恒温室(213)，在针阀(217)和恒温室(213)之间装有相通的毛细管(215)。
专利摘要本实用新型提供了一种能调样品位形的低温恒温器，在强磁场和深低温下样品能在0°至90°范围内连续调节，其主要由可调位形的样品架，低温恒温器，主氦池杜瓦和超导磁体组成，温度范围为1.12K至300K，磁场场强可达12特斯拉，并可以在低温下置换样品。为电子输运特性研究提供了一种全新的装置。
文档编号F25D3/10GK2255022SQ95246609
公开日1997年5月28日 申请日期1995年12月8日 优先权日1995年12月8日
发明者郭少令, 郑国珍 申请人:中国科学院上海技术物理研究所