CN107677771B - 超高真空低温样品台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高真空低温样品台，属于真空设备仪器领域。该装置包括机械提拉设备、低温延长管、滑动电极、连接固定帽、样品台体和可拆卸屏蔽罩，机械提拉设备向上与低温冷头通过螺丝进行固定；机械提拉设备向下通过螺丝与低温延长管进行固定；低温延长管是个空心无氧铜管，低温延长管向下通过螺丝与滑动电极进行固定；滑动电极向下通过螺丝与连接固定帽进行固定；连接固定帽与下方样品台体进行活动连接；样品台体通过螺丝与可拆卸屏蔽罩进行固定。本发明只需要一个旋转自由度和一个线性移动的自由度，即可实现在真空中对样品台进行机械、热学、电学的连接与拆卸，同时样品台样品平面可以旋转以及变温，能够在不同方向上对样品进行测量。
Description
技术领域
本发明专利属于真空设备仪器领域，是关于真空样品台的装置，尤其是一种能够方便的安装或者拆卸，并且样品台平面可以旋转的装置，并且可以运用到低温超高真空领域。
背景技术
目前，公知的超高真空低温样品台由无氧铜为主体制成。在进行测量的过程时，首先需要将样品放置在样品台在上后，再将样品台手动固定于测量腔中，之后再对测量腔的气压，温度等条件进行调控。在此类装置中，样品台放置在测量腔后无法改变样品台平面的倾角。此外，在安装或者拆卸样品台的过程中真空测量腔需要打开，从外界将样品台安放在测量腔中，这将导致样品会短暂的暴露于空气之中，同时真空测量腔需要重新调节测量腔中的环境参数。这一过程将会导致样品性质发生改变，并且重新获得测量需要的超低温与超高真空环境将耗费较多时间。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超高真空低温样品台。
本发明超高真空低温样品台，通过以下技术方案予以实现。
一种超高真空低温样品台，该样品台与超高真空环境中的低温冷头(1)固定连接，超高真空低温样品台包括：机械提拉设备(2)、低温延长管(3)、滑动电极(4)、连接固定帽(5)、样品台体(6)、可拆卸屏蔽罩(7)。装置整体如图1所示。具体连接方式为，机械提拉设备(2)向上与低温冷头(1)通过螺丝进行固定；机械提拉设备(2)向下通过螺丝与低温延长管(3)进行固定；低温延长管(3)是个空心无氧铜管，向下通过螺丝与滑动电极(4)进行固定；滑动电极(4)向下通过螺丝与连接固定帽(5)进行固定；连接固定帽(5)与下方样品台体(6)进行活动连接；样品台体(6)通过螺丝与可拆卸屏蔽罩(7)进行固定。
为了在本发明样品台装卸的时候保护电极弹针，设计了机械提拉设备(2)与滑动电极(4)，如图2-4所示。机械提拉设备包括钢丝组(8)、滑轮组(10)；滑动电极(4)包括滑动电极座(11)、滑动电极盘(12)、滑动电极杆(13)，其中滑动电极盘(12)上固定有探针阵列。具体连接方式为，滑轮组(10)通过螺母机械固定于低温冷头上(1)；钢丝(8-1)一端绕在滑轮组(10)上，另一端向上穿过超高真空区域，并连接在超高真空线性位移导入器上(9)；另外两条同样长度的钢丝(8-2)分辨绕在滑轮组(10)的中间两个轮子上，另一端通过螺母固定在滑动电极盘(12)上，这样便能通过控制钢丝(8-1)带动滑轮组转动，从而带动钢丝(8-2)，把滑动电极盘(12)向上拉动；滑动电极座(11)内首先通过螺丝固定四根滑动电极杆(13)，这四根滑动电极杆(13)穿过滑动电极盘(12)，使得其(12)活动固定于四根滑动电极杆(13)上，四个弹簧分别被四根滑动电极杆穿过，弹簧上端顶在滑动电极座(11)上，下端顶在滑动电极盘(12)上，可以给滑动电极盘(12)向下的力，使得在滑轮组(10)不施加牵引时，滑动电极盘(12)可以沿着滑动电极杆(13)向下移动到底。
连接固定帽(5)：连接固定帽(5)是样品台实现与上方结构机械连接、热学连接与电学连接的重要组成部分，如图5所示。连接固定帽(5)包括连接压片(14)、弹簧(15)、阻挡结构(16)。其中连接压片(14)通过弹簧(15)固定于连接固定帽(5)的顶部，弹簧给予连接压片(14)向下的压力；阻挡结构(16)是连接固定帽(5)上固有的一部分结构。具体连接方式为，连接固定帽(5)整体通过螺丝向上与滑动电极座(11)进行固定；向下与样品连接头(18)进行活动连接；样品连接头(18)的耳朵结构(19)通过连接固定帽(5)的缺口结构(17)进入连接固定帽(5)的内部，然后开始旋转耳朵结构(19)碰到阻挡结构(16)后停止；连接压片(14)通过弹簧(15)向下施加力与耳朵结构(19)连接，于是实现连接固定帽(5)与样品台体(6)的活动连接。通过以上连接方式，实现了连接固定帽(5)与滑动电极(4)和样品台体(6)的连接。
样品台体(6)：样品台体(6)是固定样品，实现样品变角度、变温测量的重要部分，如图6-7所示。样品台体包括样品连接头(18)、耳朵结构(19)、接线导向杆1(20)、接线导向杆2(21)、样品连接壳(22)、步进电机(23)、样品台(24)、探针座(25)、PAD电极组件(26)、加热器(27)、铜辫转接板(28)、铜辫组(29)、铜辫压块(30)、温度传感器(31)。具体连接方式为，样品连接头(18)带有耳朵结构(19)，并且附有两根接线导向杆(20)(21)，作为整体通过连接板(32)和样品连接壳(22)的螺纹孔(33)使用螺丝进行固定；步进电机(23)通过螺丝固定于样品连接壳(22)上；样品台(24)通过螺丝固定于步进电机(23)上；样品固定于样品台(24)背离低温冷头(1)的那面；探针座(25)通过螺丝固定于样品台(24)，探针座(25)上有弹簧探针阵列，具有一定的弹性，可以保证探针和样品保持很好的电学接触；PAD电极组件(26)通过螺丝固定于样品连接头(18)；加热器(27)通过螺丝与样品连接壳(22)的螺纹孔(34)进行固定；铜辫转接板(28)通过螺丝固定于样品连接壳(22)，获得低温；铜辫组(29)一端通过铜辫压块(30)固定在样品台上，另一端固定在铜辫转接板(28)上获得低温；温度传感器(31)通过螺丝固定在样品台(24)上。
可拆卸屏蔽罩：可拆卸屏蔽罩是用于隔绝外界热辐射以及用于在真空中传送整个样品台的机械结构，如图10所示。可拆卸屏蔽罩包括屏蔽罩子(35)、样品台壳底板(36)、锁扣(37)。具体连接方式为，屏蔽罩子(35)用来隔绝样品与外界热辐射，通过螺丝与样品连接壳(22)固定；样品台壳底板(36)通过螺丝与屏蔽罩子(35)固定；锁扣(37)是用于在真空中实现样品台控制的机械结构，具体机械结构可以有不同的形式，在这里不做具体的介绍，锁扣(37)通过螺丝与样品台壳底板(36)进行固定。
本发明的有益效果：只需要一个旋转自由度和一个线性移动的自由度，即可实现在真空中对样品台进行机械、热学、电学的连接与拆卸，同时样品台样品平面可以旋转以及变温，能够在不同方向上对样品进行测量。
附图说明
图1：本发明超高真空低温样品台整体外部结构示意图；
图2：本发明机械提拉设备示意图；
图3：本发明滑动电极示意图；
图4：本发明滑动电极盘示意图；
图5：本发明连接固定帽示意图；
图6：本发明样品台体示意图；
图7：本发明样品连接头示意图；
图8：本发明样品连接头的侧视图；
图9：本发明样品连接壳结构示意图；
图10：本发明可拆卸屏蔽罩的结构示意图；
图11：本发明样品连接头与滑动电极盘形成电学连接示意图。
各图中的标号：1-低温冷头；2-机械提拉设备；3-低温延长管；4-滑动电极；5-连接固定帽；6-样品台体；7-可拆卸屏蔽罩；8-钢丝；9-线性位移器；10-滑轮组；11-滑动电极座；12-滑动电极盘；13-滑动电极杆；14-连接压片；15-弹簧；16-阻挡结构；17-缺口结构；18-样品连接头；19-耳朵结构；20-接线导向杆；21-接线导向杆；22-样品连接壳；23-步进电机；24-样品台；25-探针座；26-PAD电极组件；27-加热器；28-铜辫转接板；29-铜辫组；30-铜辫压块；31-温度传感器；32-连接板；33-螺纹孔；34-螺纹孔；35-屏蔽罩子；36-样品台壳底板；37-锁扣。
具体实施方式
在样品放入样品台24之后，安装好可拆卸屏蔽罩7。可拆卸屏蔽罩7一方面用于隔绝外界对样品台体6中样品的热辐射；另一方面通过操作可拆卸屏蔽罩7中的锁扣结构完成样品台体6的移动旋转过程。
在样品台体6的内部，样品固定于样品台24背离低温冷头1的一面；探针座25上的弹簧探针阵列，完成了样品与探针座25的电学连接；探针座25上的弹簧探针末端接有电线，通过接线导向杆21的引导实现电线的另一端与PAD电极组件26上的探针进行连接；铜辫组29一端通过铜辫压块30固定在样品台24上，另一端固定于铜辫转接板28；而铜辫转接板28通过螺丝固定于样品连接壳22，样品连接壳22与样品连接头18通过螺丝固定，整体通过低温延长管5连接于低温冷头1，于是样品通过此方式获得与低温冷头1处的低温；加热器27实现对样品进行升温的功能，螺丝固定于样品台24上的温度传感器31可以检测温度，以便控制加热器27的加热功率，实现具体温度的设定；步进电机23实现样品变角度旋转，其电学接线与加热器27的电学接线通过接线导向杆20连接在PAD电极组件26；而PAD电极组件26整体通过螺丝固定于样品连接头18。
样品台体6需要通过样品连接头18的耳朵结构19与连接固定帽5活动连接，同时还需要完成样品台体6中PAD电极组件26与滑动电极4中滑动电极盘12上探针阵列的电学连接。
完成活动连接方式如下：耳朵结构19通过缺口结构17进入连接固定帽5的内部，然后开始旋转耳朵结构19碰到阻挡结构16后停止；连接压片14通过弹簧15向下施加力与耳朵结构19连接，于是实现了连接固定帽5与样品台体6活动连接。
完成电学连接方式如下：完成活动连接后，此时滑动电极4中滑动电极盘12上探针与PAD电极组件26处于分离状态。然后在松开滑轮组10，在滑动电极杆13的弹簧作用下，滑动电极盘12下降，完成滑动电极盘12上探针阵列与PAD电极组件26的电学接触。滑动电极盘12探针的另一端便可以通过电线与外部操作仪器相连，过程如图11所示。
以上相反的逆操作则可以完成整个系统的拆卸过程。
上面描述的实施例并非用于限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，因此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。
Claims (3)
1.一种超高真空低温样品台，其特征在于，包括机械提拉设备(2)、低温延长管(3)、滑动电极(4)、连接固定帽(5)、样品台体(6)、可拆卸屏蔽罩(7),机械提拉设备(2)向上与低温冷头(1)通过螺丝进行固定；机械提拉设备(2)向下通过螺丝与低温延长管(3)进行固定；低温延长管(3)是个空心无氧铜管，低温延长管(3)向下通过螺丝与滑动电极(4)进行固定；滑动电极(4)向下通过螺丝与连接固定帽(5)进行固定；连接固定帽(5)与下方样品台体(6)进行活动连接；样品台体(6)通过螺丝与可拆卸屏蔽罩(7)进行固定，
其中，滑动电极(4)包括滑动电极座(11)、滑动电极盘(12)和滑动电极杆(13)，其中滑动电极盘(12)上固定有探针阵列；滑动电极座(11)固定四根滑动电极杆(13)，这四根滑动电极杆(13)与滑动电极盘(12)弹性连接；
机械提拉设备(2)包括钢丝(8)组和滑轮组(10),滑轮组(10)通过螺母机械固定于低温冷头上(1)；一根钢丝(8-1)一端绕在滑轮组(10)上，另一端向上穿过超高真空区域，并连接在超高真空线性位移导入器上(9)；另外两条同样长度的钢丝(8-2)分别绕在滑轮组(10)的中间两个轮子上，另一端通过螺母固定在滑动电极盘(12)上；
样品台体(6)包括样品连接头(18)、耳朵结构(19)、接线导向杆1(20)、接线导向杆2(21)、样品连接壳(22)、步进电机(23)、样品台(24)、探针座(25)、PAD电极组件(26)、加热器(27)、铜辫转接板(28)、铜辫组(29)、铜辫压块(30)和温度传感器(31)，具体连接方式为，样品连接头(18)带有耳朵结构(19)，并且附有两根接线导向杆(20)(21)，作为整体通过连接板(32)和样品连接壳(22)固定；步进电机(23)固定于样品连接壳(22)上；样品台(24)固定于步进电机(23)上；样品固定于样品台(24)背离低温冷头(1)的一面；探针座(25)固定于样品台(24)，探针座(25)上有弹簧探针阵列；PAD电极组件(26)固定于样品连接头(18)；加热器(27)与样品连接壳(22)固定连接；铜辫转接板(28)固定于样品连接壳(22)，铜辫组(29)一端通过铜辫压块(30)固定在样品台上，另一端固定在铜辫转接板(28)上获得低温；温度传感器(31)固定在样品台(24)上。
2.如权利要求1所述的超高真空低温样品台，其特征在于，连接固定帽(5)包括连接压片(14)、弹簧(15)、阻挡结构(16)，其中连接压片(14)通过弹簧(15)固定于连接固定帽(5)的顶部，弹簧给予连接压片(14)向下的压力；连接固定帽(5)整体向上与滑动电极座(11)进行固定；向下与样品连接头(18)进行活动连接，样品连接头(18)的耳朵结构(19)通过连接固定帽(5)的缺口结构(17)进入连接固定帽(5)的内部，然后开始旋转耳朵结构(19)碰到阻挡结构(16)后停止；连接压片(14)通过弹簧(15)向下施加力与耳朵结构(19)连接。
3.如权利要求1所述的超高真空低温样品台，其特征在于，可拆卸屏蔽罩包括屏蔽罩子(35)、样品台壳底板(36)、锁扣(37)，具体连接方式为，屏蔽罩子(35)与样品连接壳(22)固定；样品台壳底板(36)与屏蔽罩子(35)固定；锁扣(37)与样品台壳底板(36)固定连接。
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