垂直可变磁场装置的制作方法

专利名称：垂直可变磁场装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁场装置，特别是涉及一种应用于低温探针台系统的 可变磁场强度的垂直可变磁场装置。
背景技术：
现有的基于Lakeshore⑧公司TTP4低温探针台系统的垂直可变磁场装置 在该系统中发挥了不可替代的可实用性作用。垂直可变磁场装置构成了低 温霍尔效应测试系统的磁场方案，成为基于该系统所搭建的低温霍尔效应 测试系统的重要组成部分。Lakeshor^公司为本低温探针台系统提供的可选 附件中的磁场是通过在腔体外部施加的，通过电磁铁(Model EM4和Model EM7)或低温超导磁铁实现。
对于电磁铁而言，上述两款电磁铁能够达到施加可变磁场的目的，但 是该电磁铁放置在腔体外部，通过腔体外壁耦合到样品处，必然产生磁场 分布的改变，使测量产生误差；此外，所加磁场方向与被测样品表面平行， 无法完成霍尔效应的测试，如需测量还需定制专用样品台。且该电磁铁装 置设备庞大，占用空间。
对于低温超导磁铁方案，虽然能利用超导绕阻施加可变磁场，但必须 额外提供低温环境，无法在室温下完成测试；且选用特定的绕阻材料，该 方案能够达到极精确的可变磁场效果，但设备昂贵、成本高另外，配套原 料如液氦被美国垄断，购买困难、价格高。
目前为止，还没有可用于Lakeshore⑨公司TTP4低温探针台系统的可变
磁场的磁铁装置。
有鉴于此，上述现有的Lakeshor^公司TTP4低温探针台系统的可变磁 场方案存在缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经
4验及专业知识，积极加以研究创新，以期研制一种新的垂直可变磁场装置， 使其更具有实用性。

发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的Lakeshore⑧公司TTP4低温探针台 系统的可变磁场方案存在的缺陷，而提供一种新的垂直可变磁场装置，所 要解决的技术问题是使其能够垂直于样品表面施加可变磁场，在不改变腔 室内高真空度，不额外增加外部设备的前提下，实现高真空可变磁场霍尔 效应测试，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种垂直可变磁场装置，应用于低温探针台系统，该装置包 括顶部永磁铁、底部永磁铁、样品座以及多个支撑螺杆，所述的支撑螺 杆一端固定于所述的样品座上；所述的顶部永磁铁固定于所述的支撑螺 杆；所述的底部永磁铁设置在所述样品座上。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，其中所述的顶部永磁铁的几何中 心与底部永磁铁的几何中心处在同一垂直线上。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的底部永磁铁和顶部永磁铁 的材料为钕铁硼材料。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的顶部永磁铁设有多个通孔， 所述的支撑螺杆穿过所述的通孔，并采用螺母将顶部永磁铁和支撑螺杆固 定。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的顶部永磁铁和底部永磁铁 为相异的磁极对应设置，顶部永磁铁和底部永磁铁之间相互吸引。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的顶部永磁铁的几何中心设 有垂直方向的观测通孔。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的样品台设有内陷的凹槽， 所述的底部永磁铁设置在该凹槽内。优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的底部永磁铁的下表面与样
平台的下表面处在同一平面内。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的样品台的四角设有通孔。 优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的通孔为倒置的凸字型通孔。 优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的顶部永磁铁为长方体，且
其底面和顶面为正方形。
优选的，前述的垂直可变磁场装置，所述的底部永磁铁为圆柱体。 借由上述技术方案，本发明垂直可变磁场装置至少具有下列优点
(1) 本发明的垂直可变磁场装置与低温超导磁铁方案相比，无需超导 绕阻，无需格外供电支持，无需制冷低温环境，该装置简单易行，节约了 成本。
(2) 本发明的垂直可变磁场装置施加磁场方向垂直于样品表面(即 样品台面)。测量霍尔效应时，与水平施加磁场相比，无需额外添加样品台。
(3) 本发明的垂直可变磁场装置设置在低温探针台系统的真空腔体内 部，在保持原有的高真空度的同时，磁场不通过任何介质即可施加于样品 表面，保证了原有设计的磁场分布不会因为通过介质而发生改变。
(4) 本发明的垂直可变磁场装置采用永磁铁，磁场强度大，可达到甚
至高于5000高斯，且磁场强度不会随时间变化，稳定可靠。
(5) 本发明的垂直可变磁场装置通过改变磁力线密度达到改变磁场强 度，实现可变磁场目的。
综上所述，本发明的独特结构的垂直可变磁场装置，具有上述诸多的优 点及实用价值，在技术上有较大的进步，并产生了成本低且实用性强的效 果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例 并配合附图详细说明如后。


图1是本发明的垂直可变磁场装置的立体结构示意图。
图2是支撑螺杆的结构示意图。 图3是顶部永磁铁的结构示意图。 图4是底部永磁铁的结构示意图。 图5是样品台的结构示意图。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的垂直可变磁场装置其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，是本发明的垂直可变磁场装置的立体结构示意图。 本发明的磁场装置是应用于Lakeshore⑧公司TTP4低温探针台，该装置包括 顶部永磁铁l、底部永磁铁2、样品座4以及多个支撑螺杆3。所述的支撑 螺杆3支撑在顶部永磁体1和样品座4之间，所述的底部永磁铁2设置在 样品座4上。在顶部永磁铁1和底部永磁铁2之间的空间内形成垂直于样 品台4的磁场。本装置的磁场装置中除顶部永磁铁1和底部永磁铁2之外， 其它部件皆为同种无磁性材料制成，例如，铝或铝合金、铜或铜合金、奥 氏体不锈钢。
请参阅图2所示，是支撑螺杆的结构示意图。所述的支撑螺杆3的数 量为4根，采用具有一定机械强度的材料制成，例如采用紫铜材料。所有 的支撑螺杆的长度相同，例如按Lakeshore⑧公司的TTP4低温探针台系统腔 室设计长度，每个支撑螺杆设计成54 mm。每根支撑螺杆3的侧壁设有连续 的螺纹,该支撑螺杆3的规格为M6。在支撑螺杆3的下端为直径为M3的螺 栓，用于与TTP4低温探针台基座上的四个M3螺口配合，将样品台4拧紧 固定在该基座上。
请参阅图3所示，是顶部永磁铁1的结构示意图，其中(a)为主视图， (b)为侧视图。该顶部永磁铁1采用钕铁硼材料，其形状为长方体，且其 底面和顶面为正方形。在该顶部永磁铁1的中央开设垂直方向的贯穿其顶面和底面的观测通孔11，以便观察样品和满足样品光照的要求。该通孔直
径为①25至①30。较佳的，所述的观测通孔为圆形，其圆心是顶部永磁铁 的几何中心。在该顶部永磁铁1的四角上开设有四个直径为。6.5的通孔 12，用于穿过上述的支撑螺杆3。在每个支撑螺杆上设有螺母5，用于将顶 部永磁铁固定。通过调节螺母5的位置，可以调整顶部永磁体1的高度， 从而与底部永磁铁2相配合，形成可变化的磁场。
请参阅图4所示，是底部永磁铁的结构示意图，其中(a)为主视图， (b)为侧视图。该底部永磁铁2为直径①32，厚度为5mm的圆柱体，采 用钕铁硼材料制成。
请参阅图5所示，是样品台的结构示意图，其中(a)为主视图，(b) 和(c)为侧视图。所述样品台4是按照Lakeshore⑧公司的TTP4低温探针 台系统基座尺寸设计的，形状为长方体。在样品台的四角上设有贯通的四 个通孔41。该通孔41为倒置的凸字型，采用螺栓6穿过通孔41将样品台 固定在上述的低温探针台系统基座上。所述的支撑螺杆3的下端拧在通孔 41的较宽的位置上。在样品台4的底面设有内陷的凹槽42，用于容纳所述 的底部永磁铁2。所述的顶部永磁铁1和底部永磁铁2相异的磁极对应设置， 使顶部永磁铁和底部永磁铁之间相互吸引。并且，所述的顶部永磁铁1的 几何中心与底部永磁铁2的几何中心处在同一垂直线上，以使所形成的磁 场垂直于待测样品表面。优选的，所述凹槽42的深度与底部永磁铁2的厚 度相同，使底部永磁铁的下表面与样平台的下表面处在同一平面内。在本 实施例中，通过高斯计检测，所述的磁强度应达到或高于5000高斯。
另外，也可以不用螺栓6来固定样品台，而是使支撑螺杆3的下端较 细的部分穿过通孔42，而直接将样品台4固定在低温探针台系统基座上。
如上述结构构成的装置，其可以通过旋转螺母5来控制顶部永磁铁与 底部永磁铁之间的距离，从而提供磁场强度可变的磁场，且该装置结构简 单无需供电，也无需配套组件。由于垂直样品台方向的可变距离远大于在 腔室内部水平方向的可变距离，因此，本发明的装置提供的磁场强度变化 范围明显高于水平施加磁场方案。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种垂直可变磁场装置，其特征在于其应用于低温探针台系统，该装置包括顶部永磁铁、底部永磁铁、样品座以及多个支撑螺杆，所述的支撑螺杆一端固定于所述的样品座上；所述的顶部永磁铁固定于所述的支撑螺杆；所述的底部永磁铁设置在所述样品座上。
2、 根据权利要求l所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的顶 部永磁铁的几何中心与底部永磁铁的几何中心处在同一垂直线上。
3、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的底 部永磁铁和顶部永磁铁的材料为钕铁硼材料。
4、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的顶 部永磁铁设有多个通孔，所述的支撑螺杆穿过所述的通孔，并采用螺母将 顶部永磁铁和支撑螺杆固定。
5、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的顶 部永磁铁和底部永磁铁为相异的磁极对应设置，顶部永磁铁和底部永磁铁 之间相互吸引。
6、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的顶 部永磁铁的几何中心设有垂直方向的观测通孔。
7、 根据权利要求l所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的样 品台设有内陷的凹槽，所述的底部永磁铁设置在该凹槽内。
8、 根据权利要求7所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的底 部永磁铁的下表面与样平台的下表面处在同一平面内。
9、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的样 品台的四角设有通孔。
10、 根据权利要求9所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的 通孔为倒置的凸字型通孔。
11、 根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的顶部永磁铁为长方体，且其底面和顶面为正方形。
12、根据权利要求1所述的垂直可变磁场装置，其特征在于，所述的 底部永磁铁为圆柱体。
全文摘要
本发明是关于一种垂直可变磁场装置，应用于低温探针台系统，该装置包括顶部永磁铁、底部永磁铁、样品座以及多个支撑螺杆，所述的支撑螺杆一端固定于所述的样品座上；所述的顶部永磁铁固定于所述的支撑螺杆；所述的底部永磁铁设置在所述样品座上。本发明的装置在Lakeshore^公司的TTP4低温探针台系统腔体内部保持原有高真空的情况下，通过精确调节上顶部永磁铁的高度，改变样品表面的面磁力线密度从而达到变磁场的作用。本发明方案简单易行，成本低，稳定可靠，磁场变化范围大，具有与该系统最好的兼容性，有利于本发明的广泛推广和应用。
文档编号G01R33/00GK101446627SQ20081024027
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者明 刘, 刘新宇, 姚嘉宁, 朱晨昕, 李昊峰, 李维龙, 锐 贾, 晨 陈 申请人:中国科学院微电子研究所