CN110501528A - 超高真空极低温原位多探针输运测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，包括快速进样室、生长室、输运测试室、真空互联系统、系统支架及电源系统，其中快速进样室主要实现大气和超高真空环境之间快速传递样品和针尖；生长室主要在高温下实现指定图案薄膜器件和电极的生长；输运测量室主要实现生长好的薄膜器件在极低温下的原位多探针输运测量；真空互联系统主要实现系统与其他系统的真空连接。本发明公开的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其可以通过真空环境和制冷技术，能够实现从低温到室温的样品温度控制。
Description
技术领域
本发明属于薄膜样品生长技术领域，具体涉及一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统。
背景技术
原位多探针输运测量系统主要用于薄膜器件和电极的生长及器件原位电学的输运测量。其原理是在生长室利用真空压电陶瓷马达控制掩膜版运动配合蒸发源工作来生长指定图案的样品及电极，并在输运测量室利用独立探针与薄膜器件电极形成接触，通过外电路进行电学输运测量。
但是现有的技术大都无法实现高温下薄膜器件的生长和低温下薄膜器件原位输运测试，从而从输运性质上探索薄膜超导、磁性、金属绝缘体转变等重要物理性质，因此，进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其可以通过真空环境和制冷技术，能够实现从低温到室温的样品温度控制。
本发明的另一目的在于提供一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其能通过真空互联实现样品的原位传输和测量。
本发明的另一目的在于提供一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其能实现对薄膜从原子相到电子结构再到输运性质进行全面的表征。
为达到以上目的，本发明提供一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，用于生长薄膜的原位电学输运测量，包括：
快速进样室，所述快速进样室包括真空腔体部、第一真空泵组、全量程规、第一传样杆，所述第一真空泵组位于所述真空腔体部的下端并且与所述真空腔体部固定连接，所述第一传样杆位于所述真空腔体部的侧端并且与所述真空腔体部固定连接，所述快速进样室用于实现大气和超高真空环境之间快速互相传递样品和针尖，所述第一真空泵组用于提供真空环境，所述全量程规用于测量真空度；
生长室，所述生长室包括第一超高真空腔体部、离子规、第二传样杆、第三传样杆、第五传样杆，所述离子规位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第二传样杆位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第二传样杆用于对所述第一超高真空腔体部内样品的抓取与传递，所述第二传样杆在水平方向上与所述第一传样杆垂直，所述第三传样杆位于所述第一超高真空腔体部的下端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述离子规用于测量真空度，所述第五传样杆位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第五传样杆在水平方向上与所述第一传样杆平行；
输运测试室和支架系统，所述快速进样室、生长室和输运测试室均位于所述支架系统的上端并且均与所述支架系统固定连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述快速进样室还包括第一闸板阀、第四闸板阀和快开门，所述第一闸板阀位于所述快速进样室和所述生长室之间并且所述真空腔体部通过所述第一闸板阀与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述快开门位于所述真空腔体部的上端并且与所述真空腔体部可拆卸连接，所述第四闸板阀位于所述真空腔体部与所述第一真空泵组之间。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述生长室还包括第一离子泵、分子泵、一维直线导入器、第二闸板阀，所述分子泵位于所述第一超高真空腔体部远离所述第二传样杆的一端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第一离子泵位于所述分子泵远离所述第一超高真空腔体部的一端并且与所述分子泵固定连接，所述一维直线导入器位于所述第一超高真空腔体部的上端，所述一维直线导入器用于传递样品，所述第二闸板阀用于连接并且固定所述分子泵。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述生长室还包括蒸发源，所述蒸发源包括样品蒸发源和电极蒸发源。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述输运测量室包括第二超高真空腔体部、第三闸板阀、第四传样杆、液氦制冷机、第二离子泵，所述第四传样杆位于所述第二超高真空腔体部的侧端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接，所述第四传样杆用于接收和传递样品，所述液氦制冷机位于所述第二超高真空腔体部的上端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接，所述液氦制冷机用于提供极低温环境，所述第二离子泵位于所述第二超高真空腔体部的下端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第二超高真空腔体部内部设有样品存储架，所述样品存储架设有存储槽。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括真空互联系统，所述输运测量室通过第三闸板阀与所述真空互联系统固定连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括电源控制系统，所述电源控制系统用于放置控制电源。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一超高真空腔体部的侧端设有观察窗，所述观察窗用于观测样品传递、样品生长、电极生长。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第二超高真空腔体部的侧端设有观测窗，所述观测窗用于观测样品传递、针尖和样品电极的接触行为。
附图说明
图1是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图。
图2是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图。
图3是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图。
图4是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图。
附图标记包括：10、快速进样室；11、真空腔体部；12、第一真空泵组；13、第一传样杆；14、第一闸板阀；15、快开门；16、第四闸板阀；20、生长室；21、第一超高真空腔体部；22、离子规；23、第二传样杆；24、第三传样杆；25、第一离子泵；26、分子泵；27、一维直线导入器；28、第二闸板阀；291、样品蒸发源；292、电极蒸发源；293、第五传样杆；30、输运测试室；31、第二超高真空腔体部；32、第三闸板阀；33、第四传样杆；34、液氦制冷机；35、第二离子泵；40、支架系统；50、真空互联系统；60、电源控制系统。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图，图2是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图，图3是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图，图4是本发明的超高真空极低温原位多探针输运测量系统的结构示意图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的MBE(分子束外延)、PLD(脉冲激光沉积)等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明提供一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，用于生长薄膜的原位电学输运测量，包括：
快速进样室10，所述快速进样室10包括真空腔体部11、第一真空泵组12、全量程规(未标出)、第一传样杆13，所述第一真空泵组12位于所述真空腔体部11的下端并且与所述真空腔体部11固定连接，所述第一传样杆13位于所述真空腔体部11的侧端并且与所述真空腔体部11固定连接，所述快速进样室10用于实现大气和超高真空环境之间快速互相传递样品和针尖，所述第一真空泵组12用于提供真空环境，所述全量程规用于测量真空度；
生长室20，所述生长室20包括第一超高真空腔体部21、离子规22、第二传样杆23、第三传样杆24、第五第传样杆293，所述离子规22位于所述第一超高真空腔体部21的侧端并且与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述第二传样杆23位于所述第一超高真空腔体部21的侧端并且与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述第二传样杆23用于对所述第一超高真空腔体部21内样品的抓取与传递，所述第二传样杆23在水平方向上与所述第一传样杆13垂直，所述第三传样杆23位于所述第一超高真空腔体部21的下端并且与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述离子规22用于测量真空度，所述第五传样杆293位于所述第一超高真空腔体部21的侧端并且与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述第五传样杆293在水平方向上与所述第一传样杆13平行；
输运测试室30和支架系统40，所述快速进样室10、生长室20和输运测试室30均位于所述支架系统40的上端并且均与所述支架系统40固定连接。
具体的是，所述快速进样室10还包括第一闸板阀14、第四闸板阀16和快开门15，所述第一闸板阀14位于所述快速进样室10和所述生长室20之间并且所述真空腔体部11通过所述第一闸板阀14与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述快开门15位于所述真空腔体部11的上端并且与所述真空腔体部11可拆卸连接，所述第四闸板阀16位于所述真空腔体部11与所述第一真空泵组12之间。
更具体的是，所述生长室20还包括第一离子泵25、分子泵26、一维直线导入器27、第二闸板阀28，所述分子泵26位于所述第一超高真空腔体部21远离所述第二传样杆23的一端并且与所述第一超高真空腔体部21固定连接，所述第一离子泵25位于所述分子泵26远离所述第一超高真空腔体部21的一端并且与所述分子泵26固定连接，所述一维直线导入器27位于所述第一超高真空腔体部21的上端，所述一维直线导入器27用于传递样品，所述第二闸板阀28用于连接并且固定所述分子泵26。
进一步的是，所述生长室还包括蒸发源，所述蒸发源包括样品蒸发源291和电极蒸发源292。
更进一步的是，所述输运测量室30包括第二超高真空腔体部31、第三闸板阀32、第四传样杆33、液氦制冷机34、第二离子泵35，所述第四传样杆33位于所述第二超高真空腔体部31的侧端并且与所述第二超高真空腔体部31固定连接，所述第四传样杆33用于接收和传递样品，所述液氦制冷机34位于所述第二超高真空腔体部31的上端并且与所述第二超高真空腔体部31固定连接，所述液氦制冷机34用于提供极低温环境，所述第二离子泵35位于所述第二超高真空腔体部31的下端并且与所述第二超高真空腔体部31固定连接。
值得一提的是，所述第二超高真空腔体部31内部设有样品存储架，所述样品存储架设有存储槽。
优选地，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括真空互联系统50，所述输运测量室30通过第三闸板阀32与所述真空互联系统50固定连接。
优选地，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括电源控制系统60，所述电源控制系统用于放置控制电源60。
具体的是，所述第一超高真空腔体部21的侧端设有观察窗，所述观察窗用于观测样品传递、样品生长、电极生长。
优选地，所述第二超高真空腔体部31的侧端设有观测窗，所述观测窗用于观测样品传递、针尖和样品电极的接触行为。
优选地，所述第五传样杆在水平方向上与所述第二传样杆垂直，所述第五传样杆用于样品在所述生长室与所述输运测试室之间的传递。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的MBE(分子束外延)、PLD(脉冲激光沉积)等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，用于生长薄膜的原位电学输运测量，其特征在于，包括：
快速进样室，所述快速进样室包括真空腔体部、第一真空泵组、全量程规、第一传样杆，所述第一真空泵组位于所述真空腔体部的下端并且与所述真空腔体部固定连接，所述第一传样杆位于所述真空腔体部的侧端并且与所述真空腔体部固定连接，所述快速进样室用于实现大气和超高真空环境之间快速互相传递样品和针尖，所述第一真空泵组用于提供真空环境，所述全量程规用于测量真空度；
生长室，所述生长室包括第一超高真空腔体部、离子规、第二传样杆、第三传样杆、第五传样杆，所述离子规位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第二传样杆位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第二传样杆用于对所述第一超高真空腔体部内样品的抓取与传递，所述第二传样杆在水平方向上与所述第一传样杆垂直，所述第三传样杆位于所述第一超高真空腔体部的下端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述离子规用于测量真空度，所述第五传样杆位于所述第一超高真空腔体部的侧端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第五传样杆在水平方向上与所述第一传样杆平行；
输运测试室和支架系统，所述快速进样室、生长室和输运测试室均位于所述支架系统的上端并且均与所述支架系统固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述快速进样室还包括第一闸板阀、第四闸板阀和快开门，所述第一闸板阀位于所述快速进样室和所述生长室之间并且所述真空腔体部通过所述第一闸板阀与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述快开门位于所述真空腔体部的上端并且与所述真空腔体部可拆卸连接，所述第四闸板阀位于所述真空腔体部与所述第一真空泵组之间。
3.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述生长室还包括第一离子泵、分子泵、一维直线导入器、第二闸板阀，所述分子泵位于所述第一超高真空腔体部远离所述第二传样杆的一端并且与所述第一超高真空腔体部固定连接，所述第一离子泵位于所述分子泵远离所述第一超高真空腔体部的一端并且与所述分子泵固定连接，所述一维直线导入器位于所述第一超高真空腔体部的上端，所述一维直线导入器用于传递样品，所述第二闸板阀用于连接并且固定所述分子泵。
4.根据权利要求3所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述生长室还包括蒸发源，所述蒸发源包括样品蒸发源和电极蒸发源。
5.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述输运测量室包括第二超高真空腔体部、第三闸板阀、第四传样杆、液氦制冷机、第二离子泵，所述第四传样杆位于所述第二超高真空腔体部的侧端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接，所述第四传样杆用于接收和传递样品，所述液氦制冷机位于所述第二超高真空腔体部的上端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接，所述液氦制冷机用于提供极低温环境，所述第二离子泵位于所述第二超高真空腔体部的下端并且与所述第二超高真空腔体部固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述第二超高真空腔体部内部设有样品存储架，所述样品存储架设有存储槽。
7.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括真空互联系统，所述输运测量室通过第三闸板阀与所述真空互联系统固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，超高真空极低温原位多探针输运测量系统还包括电源控制系统，所述电源控制系统用于放置控制电源。
9.根据权利要求1所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述第一超高真空腔体部的侧端设有观察窗，所述观察窗用于观测样品传递、样品生长、电极生长。
10.根据权利要求5所述的一种超高真空极低温原位多探针输运测量系统，其特征在于，所述第二超高真空腔体部的侧端设有观测窗，所述观测窗用于观测样品传递、针尖和样品电极的接触行为。
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