专利名称：新型超高真空系统传样装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超高真空系统的传样装置，尤其适用于扫描隧道显微镜(STM)、分子束外延(MBE)和极端条件电输运测试系统。
背景技术：
超高真空系统是指在人造的超高真空的环境下，对不同类型的样品进行生长、表征和物性测量的系统。当前，超高真空系统已应用在半导体、物理、化学、材料和生物科学等各个研究领域。传样装置是超高真空系统的重要组成部分，通常由样品托、传样杆(或传样手)和样品接收台三部分组成，用于将样品传送到系统的各个部分。目前多数超高真空系统中的传样装置结构比较复杂，改造余地小，因此制作成本较高，对不同超高真空系统的兼容性较差。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型超高真空系统传样装置，该装置结构简洁有效，设计上注重不同系统的兼容性，从而节约了成本，简化了操作，增大了应用的范围。
为实现上述目的，本发明一种新型超高真空系统传样装置包括样品托、传样杆和样品接收台，所述样品托包括钼托、两个中空的钼螺钉和绝缘衬片，所述钼托两端开有通孔，用于安装所述钼螺钉，该钼托下部的中间部分有一凸台，所述凸台开有螺纹孔，所述钼螺钉通过钼螺母和所述钼托相固定，所述钼螺钉的螺帽下端穿有第一电极，用于与所述绝缘衬片一起固定样品并给样品导入电流，所述第一电极与钼托之间和所述螺母与钼托之间还分别设置有绝缘环；所述传样杆包括磁力杆和传样杆头，传样杆头的一端为与所述螺纹孔相配的螺杆，另一端与所述磁力杆相固定；所述样品接收台包括导电接头和接收台主体，所述接收台主体为一与所述样品托外形相配的两端开口的盒体，所述样品托通过所述传样杆可置于该主体内，所述导电接头安装在该主体内，并可插入所述钼螺钉中心开的孔内。
进一步地，所述钼托为长方体型，其上还设有至少2个丝口，该丝口沿所述钼托高度方向贯通，并位于所述绝缘衬底下面，通过拧入定位钼螺钉以调节绝缘衬底的高度。
进一步地，所述钼螺钉中心开的孔在螺帽处为倒圆锥形，在螺杆处为圆柱形。
进一步地，所述导电接头是与所述接收台主体相绝缘的铍铜针。
进一步地，还包括一卡紧装置，所述卡紧装置为安装在所述接收台主体内侧壁上的铍铜弹簧，通过所述卡紧装置将所述样品托固定在所述主体内。
进一步地，所述弹簧可与所述接收台主体绝缘，同时作为电极。
进一步地，在所述样品和绝缘衬片之间还依次设置有第二电极和加热电阻，所述第二电极和钼托之间设置有另一绝缘环。
进一步地，在所述样品和所述第二电极之间设置有绝缘衬块，所述第一电极中的一个可用绝缘体替代。
进一步地，所述绝缘衬片上还设置有用于将所述样品垫高的金属衬块。
进一步地，还包括一铍铜弹簧电极，该铍铜弹簧电极通过一绝缘片固定在所述样品托的侧面，并与所述样品电连接。
本发明的有益效果是，由于其整体结构更加简洁有效，加工制作和使用操作变得更为容易，兼容性更好，因此半导体、绝缘体、金属等不同样品都可使用本发明在超高真空扫描隧道显微镜系统(STM)、分子束外延系统(MBE)、极端条件电输运测试系统及其联合系统中进行样品的传送和处理。
图1a、b是样品托的主视、俯视示意图，图1c是图1a的结构分解图。
图2a是传样杆示意图，图2b是传样杆前端的放大图。
图3是样品接收台示意图。
图4a是适用于高阻样品的样品托分解图，图4b是适用于金属样品的样品托分解图。
图5a是应用于MBE系统的样品托改进示意图，图5b是应用于极端条件(强磁场、极低温)下样品输运测试系统的样品托改进示意图。
具体实施例方式实施例1本发明包括样品托、传样杆和样品接收台，如图1a、b、c所示，样品托包括长方体型钼托3、两个中空的钼螺钉8和绝缘衬片4，钼托3两端开有通孔，用于安装钼螺钉8，钼托3下部的中间部分有一凸台，凸台开有螺纹孔9，钼螺钉8通过钼螺母1和钼托3相固定，钼螺钉8的螺帽下端穿有第一电极7，用于与绝缘衬片4一起固定样品5并给样品5导入电流，第一电极7与钼托3之间和螺母1与钼托3之间还分别设置有绝缘环2、6，钼托3上还设有4个丝口10，丝口10沿钼托3高度方向贯通，并位于绝缘衬底4下面，通过拧入定位钼螺钉以调节绝缘衬底4的高度，从而夹紧样品5；其中，钼螺钉8中心开的孔在螺帽处为倒圆锥形，在螺杆处为圆柱形，绝缘环2、6由三氧化二铝或可加工陶瓷制成，绝缘衬片4由三氧化二铝或可加工陶瓷制成，第一电极7由钽或钼制成。传样杆如图2a、b所示，包括磁力杆11、和不锈钢或钼制传样杆头12，传样杆头12的一端为与螺纹孔9相配的螺杆14，另一端13固定在磁力杆11上。接收台如图3所示，包括铍铜针15、铍铜弹簧16和高纯金属(如无氧铜)制的接收台主体17，接收台主体17为一与样品托外形相配的两端开口的盒体，样品托通过传样杆可置于主体17内部，并通过安装在主体17内侧壁上的铍铜弹簧16与主体17夹紧，铍铜针15安装在主体17内，并可插入钼螺钉8中心开的孔内。样品传送时，首先转动磁力杆11把手将传样杆前端螺杆14拧入样品托的螺纹孔9中使得将样品托锁在磁力杆14上，然后推动磁力杆11把手，利用磁力带动内部的长杆做线性运动，将样品托送到样品接收台附近。接下来调节样品托相对于接收台的位置，使得接收台上的铍铜针15能顺利插入样品托上钼螺钉8的双孔。此时，接收台上的铍铜弹簧16也会对样品托一侧产生一定的挤压使得样品托在铍铜弹簧16与铍铜针15的共同作用下卡紧在接收台上。最后，旋开螺杆14，撤走传样杆，整个传样过程就完成了，此时样品5随着样品托就固定在样品接收台上了。接收台的两根铍铜针15是与样品托的两个钼螺钉8直接接触的，可以通大电流加热样品，对于单质半导体而言，可以采用本实施例的结构通过直接给样品通电流的方式加热样品来去掉样品上附着的杂质得到干净的样品表面。
实施例2如图4a所示，本实施例与实施例1不同的地方是在样品5和绝缘衬片4之间还依次设置有第二电极20和加热电阻19，第二电极20和钼托3之间设置有另一绝缘环18。
对于高电阻(绝缘)样品，显然不能用电流直接加热。本实施例对于高电阻样品采用双层金属电极，第一电极7仅用来固定样品5，第二电极20用来夹紧加热电阻19。当第二电极20两端通以电流的时候，加热电阻19变热，间接加热了样品5。
实施例3
如图4b所示，本实施例与实施例2的区别在于在样品5和第二电极20之间设置有绝缘衬块21，第一电极7可以用绝缘体来代替。
对于金属样品，考虑到某些场合对样品5的接地有特殊的要求，将固定样品5的第一电极7(对称的两个)中的一个换成绝缘体，同时将样品5与第二电极20绝缘，就能在加热时避免电流通过样品5造成短路。
此外，还可以采用如图5a、b所示的结构。如图5a所示，样品托的绝缘衬片4上垫了两个不相连的金属衬块22，同时夹样品5用的两个金属电极7的形状也可以相应改变，使得样品5被整个抬高。因样品5面相对于样品托的位置较高，所以电子束可掠入射到样品5表面。同时由于样品5下部的衬块22为金属，即使掠入射的电子束有部分轰到衬块22上也不会造成电荷积累。因此这种样品托特别适合于装有高能电子衍射仪(RHEED)的超高真空MBE系统。(RHEED是采用高能电子掠入射样品表面的办法来监测MBE生长的。)如图5b所示，样品托的侧面隔着一绝缘板23安装了铍铜弹簧24，并与样品5电连接。铍铜弹簧24在液氦温度下仍不丧失弹性，可用在极低温的场合(如液氦温度)。要测量样品在极低温、强磁场(如10特斯拉)下的物性，可用铂线将样品上的被测量结构与铍铜弹簧24连到一起，同时将图3所示样品接收台上的铍铜弹簧15用导线连出，簧片就两两对应成为测量样品5的电极了。这就是本发明在极端条件下的电输运测试系统中的应用。
权利要求
1.一种新型超高真空系统传样装置，包括样品托、传样杆和样品接收台，其特征在于，所述样品托包括钼托、两个中空的钼螺钉和绝缘衬片，所述钼托两端开有通孔，用于安装所述钼螺钉，该钼托下部的中间部分有一凸台，所述凸台开有螺纹孔，所述钼螺钉通过钼螺母和所述钼托相固定，所述钼螺钉的螺帽下端穿有第一电极，用于与所述绝缘衬片一起固定样品并给样品导入电流，所述第一电极与钼托之间和所述螺母与钼托之间还分别设置有绝缘环；所述传样杆包括磁力杆和传样杆头，传样杆头的一端为与所述螺纹孔相配的螺杆，另一端与所述磁力杆相固定；所述样品接收台包括导电接头和接收台主体，所述接收台主体为一与所述样品托外形相配的两端开口的盒体，所述样品托通过所述传样杆可置于该主体内，所述导电接头安装在该主体内，并可插入所述钼螺钉中心开的孔内。
2.根据权利要求1所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，所述钼托为长方体型，其上还设有至少2个丝口，该丝口沿所述钼托高度方向贯通，并位于所述绝缘衬底下面，通过拧入定位钼螺钉以调节绝缘衬底的高度。
3.根据权利要求2所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，所述钼螺钉中心开的孔在螺帽处为倒圆锥形，在螺杆处为圆柱形。
4.根据权利要求3所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，所述导电接头是与所述接收台主体相绝缘的铍铜针。
5.根据权利要求4所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，还包括一卡紧装置，所述卡紧装置为安装在所述接收台主体内侧壁上的铍铜弹簧，通过所述卡紧装置将所述样品托固定在所述主体内。
6.根据权利要求5所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，所述弹簧可与所述接收台主体绝缘，同时作为电极。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，在所述样品和绝缘衬片之间还依次设置有第二电极和加热电阻，所述第二电极和钼托之间设置有另一绝缘环。
8.根据权利要求7所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，在所述样品和所述第二电极之间设置有绝缘衬块，所述第一电极中的一个可用绝缘体替代。
9.根据权利要求1至6任一所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，所述绝缘衬片上还设置有用于将所述样品垫高的金属衬块。
10.根据权利要求1至6任一所述的一种新型超高真空系统传样装置，其特征在于，还包括一铍铜弹簧电极，该铍铜弹簧电极通过一绝缘片固定在所述样品托的侧面，并与所述样品电连接。
全文摘要
本发明公开了一种新型超高真空系统传样装置，包括样品托、传样杆和样品接收台，样品托包括长方体型钼托、两个中空的钼螺钉和凹型绝缘衬片，钼托两端开有通孔，用于安装钼螺钉，该钼托下部的中间部分有一凸台，凸台开有与传送杆相配的螺纹孔，钼螺钉通过钼螺母和所述钼托相固定，钼螺钉的螺帽下端穿有第一电极，用于与绝缘衬片一起固定样品并给样品导入电流，第一电极与钼托之间和螺母与钼托之间还分别设置有绝缘环。本发明兼容性更好，因此半导体、绝缘体、金属等不同样品都可使用本发明在超高真空扫描隧道显微镜系统、分子束外延系统、极端条件电输运测试系统及其联合系统中进行样品的传送和处理。
文档编号G01N35/02GK1700017SQ200510080000
公开日2005年11月23日 申请日期2005年6月29日 优先权日2005年6月29日
发明者王健, 蔡伟伟, 梁学锦, 刘慧 , 陈东敏, 薛其坤 申请人:中国科学院物理研究所