CN111381074A - 扫描隧道显微镜针尖传递托 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖传递托，针尖传递托包括：第一单元，第一单元包括第一表面及第二表面；第一单元的传递方式包括水平传递；底座，底座位于第一表面上，并与第一单元相连接，底座包括第一通孔及第二通孔，第一通孔的直径大于第二通孔的直径，且第一通孔与第二通孔的中心线重合，从而在第一通孔及第二通孔之间形成限位台阶面；弹性部件；弹性部件包括顶部、底部及弹性固定部；其中，顶部与限位台阶面相接触，底部与第一表面相接触，弹性固定部的水平截面距离小于第二通孔的直径；扫描隧道显微镜针尖托通过所述弹性固定部固定。可实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，避免大气下杂质污染。
Description
技术领域
本发明属于真空设备领域，涉及一种扫描隧道显微镜针尖传递托。
背景技术
分子束外延(MBE)是新发展起来的在超高真空环境下制备高质量单晶薄膜的新技术，分子束外延生长可实现原子逐层沉积的单晶生长，制备人工调制的二维薄膜材料，通过精确控制膜层组分、掺杂浓度等手段获得量子阱、超晶格、拓扑超导等量子新材料而受到越来越多的科学研究工作者的青睐。拓扑超导材料研究是量子计算和量子通讯的研究基础。
角分辨光电子能谱(ARPES)是在超高真空环境下利用光电效应直接观测固体材料的电子结构的方法，被誉为“一个可以看见电子结构的显微镜”，是观察电子结构的最佳利器，可以在动量空间直观获得样品表面的能带结构。
扫描隧道显微镜(STM)因为具有原子级高分辨率，可以实时得到实空间样品表面形貌和原子结构，且可对单原子进行成像，因而在表面分析领域获得广泛应用。
分子束外延/角分辨光电子能谱的集成系统(MBE/ARPES)由于其可以解决在材料生长、器件工艺环节、测试分析过程中由于在样品转移过程中导致的杂质污染等问题，以及可实现原位生长原位测试的独特的优势而应用越来越广泛。，配合扫描隧道谱，则可以得到表面电子结构信息，如电荷密度波、能隙结构等。所以在新材料研究中，使用包括超高真空STM在内的联合系统，以进行样品的原位生长和原位多重表征测试手段，越来越受到人们的重视。
在STM中，针尖起着极其重要的作用，针尖的稳定性对于扫描隧道显微镜的空间分辨率和能量分辨率有着决定性作用。例如，常用的电化学腐蚀的钨针尖表面往往覆盖着一层氧化层，或吸附一定的杂质，造成隧道电流不稳、噪音大及STM图象不能反映样品真实表面、针尖尖端绝缘、甚至可能会导致针尖和样品间无法产生隧道电流，二者发生碰撞。因此为保证针尖具有良好的导电性，需对针尖进行电子束加热处理、表面蒸镀金属(这也是自旋分辨针尖的制备方法)或更换新针尖。而为获得干净稳定的针尖必须实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作。
目前，商业化的MBE/ARPES多采用旗帜型样品托，其在水平方向上进行样品的传递，为保证针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，避免大气下杂质污染等问题，须结合MBE/ARPES的传递方式考虑针尖的传递方式。
因此，设计一种新型的扫描隧道显微镜针尖传递托，以实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种扫描隧道显微镜针尖传递托，用于解决现有技术中针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖传递托，所述针尖传递托包括：
第一单元，所述第一单元包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；所述第一单元的传递方式包括水平传递；
底座，所述底座位于所述第一表面上，并与所述第一单元相连接，所述底座包括第一通孔及第二通孔，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径，且所述第一通孔与所述第二通孔的中心线重合，从而在所述第一通孔及第二通孔之间形成限位台阶面；
弹性部件；所述弹性部件包括顶部、底部及位于所述顶部与底部之间的弹性固定部；其中，所述顶部与所述限位台阶面相接触，所述底部与所述第一表面相接触，所述弹性固定部的水平截面距离小于所述第二通孔的直径；
扫描隧道显微镜针尖托，所述扫描隧道显微镜针尖托通过所述弹性固定部固定。
可选地，所述第一单元包括旗帜型样品托。
可选地，所述扫描隧道显微镜针尖托包括连接凹槽，所述弹性固定部与所述连接凹槽相接触。
可选地，所述弹性部件包括铍铜弹性部件。
可选地，所述弹性部件包括叶片式弹簧片，所述叶片式弹簧片的弹簧叶片数量包括2片～6片。
可选地，所述底座与所述第一单元的连接方式包括旋转式卡固连接、卡扣连接、螺纹连接、销连接、铆连接、焊连接中的一种或组合。
可选地，所述底座与所述第一单元通过沉头螺丝进行螺纹连接。
可选地，所述针尖传递托应用的温度条件包括室温或液氮条件。
可选地，所述第一单元及所述底座具有相同的材料，包括不锈钢；所述扫描隧道显微镜针尖托包括铍铜扫描隧道显微镜针尖托或无氧铜扫描隧道显微镜针尖托。
可选地，上述针尖传递托应用于包括扫描隧道显微镜的超高真空联合系统中，所述超高真空联合系统中还包括分子束外延及角分辨光电子能谱中的一种或组合。
如上所述，本发明的扫描隧道显微镜针尖传递托，通过第一单元可实现针尖传递托在水平方向的传递；通过底座及弹性部件可提供一种简便、易拆装、易操作的固定部件，提高操作便捷性，且通过弹性部件还可避免扫描隧道显微镜针尖托在传递过程中产生振动，从而提高稳定性；扫描隧道显微镜针尖传递托可适用于低温环境，从而可扩大应用范围。本发明可实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，避免大气下杂质污染等问题。
附图说明
图1显示为本发明中的第一单元的结构示意图。
图2显示为本发明中的底座的结构示意图。
图3显示为本发明中的未成形的弹性部件的结构示意图。
图4显示为本发明中的第一单元、底座及弹性部件的装配结构示意图。
图5显示为图4的俯视结构示意图。
图6显示为本发明中的扫描隧道显微镜针尖托的结构示意图。
图7显示为本发明中的扫描隧道显微镜针尖传递托与针尖的装配结构示意图。
元件标号说明
100 第一单元
101 样品承载部
102 手柄
103 抓取孔
104 第一单元螺孔
200 底座
201 第一通孔
202 第二通孔
203 底座螺孔
300 叶片式弹簧片
301 弹簧片底部
302 弹簧叶片
303 弹簧固定部
400 扫描隧道显微镜针尖托
401 连接凹槽
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖传递托，所述扫描隧道显微镜针尖传递托包括：
第一单元，所述第一单元包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；所述第一单元的传递方式包括水平传递；
底座，所述底座位于所述第一表面上，并与所述第一单元相连接，所述底座包括第一通孔及第二通孔，所述第一通孔直径大于所述第二通孔，且所述第一通孔与所述第二通孔的中心线重合，从而在所述第一通孔及第二通孔之间形成限位台阶面；
弹性部件；所述弹性部件包括顶部、底部及位于所述顶部与底部之间的弹性固定部；其中，所述顶部与所述限位台阶面相接触，所述底部与所述第一表面相接触，所述弹性固定部的水平截面距离小于所述第二通孔的直径；
扫描隧道显微镜针尖托，所述扫描隧道显微镜针尖托通过所述弹性固定部固定。
本发明的扫描隧道显微镜针尖传递托，通过第一单元可实现针尖传递托在水平方向的传递；通过底座及弹性部件可提供一种简便、易拆装、易操作的固定部件，提高操作便捷性，且通过弹性部件还可避免扫描隧道显微镜针尖托传递过程中产生振动，从而提高稳定性；扫描隧道显微镜针尖传递托可适用于低温环境，从而扩大扫描隧道显微镜针尖传递托的应用范围。本发明可实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，避免大气下杂质污染等问题。
作为该实施例的进一步实施例，所述针尖传递托可应用于包括扫描隧道显微镜的超高真空联合系统中，所述超高真空联合系统中还包括分子束外延及角分辨光电子能谱中的一种或组合，但并不局限于此。
具体的，如图1，显示为本发明中的第一单元100的结构示意图，所述第一单元100包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一单元100的传递方式包括水平传递。所述第一单元100包括采用较为常用的旗帜型样品托或进行改造形成，本实施例以旗帜型样品托为例进行改造，但并不局限于此。形成所述第一单元100包括：首先，提供旗帜型样品托，所述旗帜型样品托包括样品承载部101及与所述样品承载部101相连接的手柄102，所述手柄102可包括抓取孔103，所述旗帜型样品托的形貌及种类，并不局限于此，本实施例中，所述第一单元100与所述底座的连接方式采用螺纹连接，因此，在所述样品承载部101中包括第一单元螺孔104，但并不局限于此，所述底座与所述第一单元100的连接方式还可包括旋转式卡固连接、卡扣连接、销连接、铆连接、焊连接中的一种或旋转式卡固连接、卡扣连接、螺纹连接、销连接、铆连接、焊连接的组合中的一种，此处不作限制。
如图2，显示为本发明中的底座200的结构示意图。所述底座200包括第一通孔201及第二通孔202，所述第一通孔201的直径大于所述第二通孔202的直径，且所述第一通孔201与所述第二通孔202的中心线重合，从而在所述第一通孔201及第二通孔202之间形成限位台阶面。由于本实施例中，所述底座200与所述第一单元100的连接方式采用螺纹连接，因此所述底座200中还包括底座螺孔203，但并不局限于此。
作为该实施例的进一步实施例，所述底座200与所述第一单元100通过沉头螺丝进行螺纹连接，以使得所述第一单元100的所述第二表面具有水平面，以便于操作。
图3显示为本发明中的未成形的所述弹性部件的结构示意图。本实施例中，所述弹性部件采用叶片式弹簧片300，所述弹性部件的种类并不局限于此。其中，所述叶片式弹簧片300的弹簧叶片302数量包括2片～6片，优选为3片，以便于在降低结构复杂度的同时提高所述叶片式弹簧片300的稳定性。参阅图4～图5，其中，图4显示为本发明中的所述第一单元100、底座200及叶片式弹簧片300的装配结构示意图，图5显示为图4的俯视结构示意图。成型后的所述叶片式弹簧片300包括弹簧片顶部、弹簧片底部301及位于所述弹簧片顶部与弹簧片底部301之间的弹簧固定部303；其中，所述弹簧片顶部用以与所述限位台阶面相接触，所述弹簧片底部301与所述第一表面相接触，从而使得所述叶片式弹簧片300通过所述底座200进行固定；所述弹簧固定部303的水平截面距离小于所述第二通孔202的直径，从而通过所述弹性固定部303可固定后续自所述第二通孔202装入的所述扫描隧道显微镜针尖托。本实施例中，所述弹簧固定部303通过所述弹簧叶片302形成均匀、间隔排布的圆形形貌，且所述圆形的直径小于所述第二通孔202，所述弹簧固定部303也可采用其他形貌，此处不作限制。所述第一单元100、底座200及叶片式弹簧片300的装配方法包括：将成形后的所述叶片式弹簧片300自所述底座200的所述第一通孔201装入，而后通过所述沉头螺丝沿所述第一单元螺孔104及底座螺孔203的方向，将所述第一单元100、叶片式弹簧片300及底座200固定。
作为该实施例的进一步实施例，所述扫描隧道显微镜针尖托包括连接凹槽，所述弹性固定部303与所述连接凹槽相接触。
具体的，如图6～图7，图6显示为本发明中的扫描隧道显微镜针尖托400的结构示意图，图7显示为本发明中的扫描隧道显微镜针尖传递托与针尖的装配结构示意图。所述扫描隧道显微镜针尖托400包括连接凹槽401，所述扫描隧道显微镜针尖托400的结构并不局限于此，也可根据需要进行改变。所述弹簧固定部303与所述连接凹槽401相接触，从而通过所述弹簧固定部303即可夹持所述扫描隧道显微镜针尖托400，提高所述扫描隧道显微镜针尖托400拆装的便捷性，同时通过所述弹簧固定部303还可避免所述扫描隧道显微镜针尖托400产生振动，从而提高稳定性。
作为该实施例的进一步实施例，所述扫描隧道显微镜针尖传递托400应用的温度条件包括室温或液氮条件。
具体的，所述扫描隧道显微镜针尖传递托400的材料的选择包括铍铜、无氧铜等导热导电性能良好的材料，且不具有磁性，适用于低温强磁场环境，纳安级微弱电流传导等，所述弹性部件300选择具有高弹性的所述铍铜弹性部件，其它部件的具体材质的选择可根据具体需要进行选择，此处不作限制。优选为所述第一单元100及所述底座200使用相同的材料，包括不锈钢，以便于降低工艺成本。
综上所述，本发明的扫描隧道显微镜针尖传递托，通过第一单元可实现针尖传递托在水平方向的传递；通过底座及弹性部件可提供一种简便、易拆装、易操作的固定部件，提高操作便捷性，且通过弹性部件还可避免扫描隧道显微镜针尖托传递过程中产生振动，从而提高稳定性；扫描隧道显微镜针尖传递托可适用于低温环境，从而扩大扫描隧道显微镜针尖传递托的应用范围。可实现针尖在超高真空联合系统中的传递、原位处理及更换等操作，避免大气下杂质污染等问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于，所述针尖传递托包括：
第一单元，所述第一单元包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；所述第一单元的传递方式包括水平传递；
底座，所述底座位于所述第一表面上，并与所述第一单元相连接，所述底座包括第一通孔及第二通孔，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径，且所述第一通孔与所述第二通孔的中心线重合，从而在所述第一通孔及第二通孔之间形成限位台阶面；
弹性部件；所述弹性部件包括顶部、底部及位于所述顶部与底部之间的弹性固定部；其中，所述顶部与所述限位台阶面相接触，所述底部与所述第一表面相接触，所述弹性固定部的水平截面距离小于所述第二通孔的直径；
扫描隧道显微镜针尖托，所述扫描隧道显微镜针尖托通过所述弹性固定部固定。
2.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述第一单元包括旗帜型样品托。
3.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述扫描隧道显微镜针尖托包括连接凹槽，所述弹性固定部与所述连接凹槽相接触。
4.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述弹性部件包括铍铜弹性部件。
5.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述弹性部件包括叶片式弹簧片，所述叶片式弹簧片的弹簧叶片数量包括2片～6片。
6.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述底座与所述第一单元的连接方式包括旋转式卡固连接、卡扣连接、螺纹连接、销连接、铆连接、焊连接中的一种或组合。
7.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述底座与所述第一单元通过沉头螺丝进行螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述针尖传递托应用的温度条件包括室温或液氮条件。
9.根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述第一单元及所述底座具有相同的材料，包括不锈钢；所述扫描隧道显微镜针尖托包括铍铜扫描隧道显微镜针尖托或无氧铜扫描隧道显微镜针尖托。
10.根据权利要求1～9中任一所述的扫描隧道显微镜针尖传递托，其特征在于：所述针尖传递托应用于包括扫描隧道显微镜的超高真空联合系统中，所述超高真空联合系统中还包括分子束外延及角分辨光电子能谱中的一种或组合。
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