CN114904592A - 一种超高真空条件下样品转移装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空样品转移装置，其包括：腔体状的主体，其包括第一通孔部和第二通孔部；样品台，其被布置在所述主体的内部；所述样品台包括至少两个样品槽，所述至少两个样品槽用于容纳相同或不同的样品架；真空阀门，其通过所述第一通孔部将所述主体与外部真空装置气密地连通；操作装置，其通过所述第二通孔部气密地连接到所述主体，其中，所述操作装置用于对所述外部真空装置的样品架及其中的样品进行移动；以及连接到主体的真空泵，其用于对所述主体内部抽真空。根据本发明的样品转移装置能够使样品在将多种相互不兼容的超高真空设备中便利地转移并避免污染，提升了超高真空实验技术的综合程度和可扩展能力。

Description

一种超高真空条件下样品转移装置

技术领域

本发明涉及超高真空设备领域，特别涉及一种在超高真空条件下样品转移装置。

背景技术

在现代物理学研究中，超高真空条件是很多研究的必备条件之一，包括分子束外延生长，脉冲激光沉积生长，扫描隧道显微镜，角分辨光电子能谱实验等等，涵盖从样品生长到样品表征各个领域。超高的真空度，一方面可以保证样品在生长或者测试过程中不受水分或者氧气影响，以获得超高质量的薄膜样品，或者获得准确的样品本征的物理信息，这是很多高精度物理实验的基础条件。但是，另一个方面，超高真空条件的获取，又有着很严苛的条件限制，因此在各种实验手段的发展过程中，都形成了自己独立的封闭的超高真空系统且相互不具备兼容性。随着物理学的发展，单一的实验手段已经远远不能满足科学家的实验需求，这就需要各个系统的联合测试，但是由于各种研究设备，尤其是各种样品的储存部件不兼容而难以实现。

因此现有技术无法做到在全程超高真空条件下将实验样品从一种超高真空设备中转移到另外一种超高真空设备，严重限制了对所述样品进行超高真空操作的适用范围或纯净度，更无法实现将样品保持在超高真环境下并实现生长、各类性质测试的综合研究过程。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种真空样品转移装置，包括：

腔体状的主体，所述主体包括第一通孔部和第二通孔部；

样品台，所述样品台被布置在所述主体的内部；所述样品台包括至少两个样品槽，所述至少两个样品槽用于容纳相同或不同的样品架；

真空阀门，所述真空阀门用于通过所述第一通孔部将所述主体与外部真空装置气密地连通；

操作装置，所述操作装置通过所述第二通孔部气密地连接到所述主体，其中，所述操作装置用于对所述外部真空装置的样品架及其中的样品进行操作；以及

连接到主体的真空泵，其用于对所述主体内部抽真空。

优选的，所述样品台通过转轴支架可旋转地布置。

优选的，所述操作装置包括至少一个夹取装置，所述夹取装置能够夹取所述样品，并在所述主体内部移动。

优选的，所述至少一个夹取装置包括三个夹取装置，所述三个夹取装置各自的纵向轴不共面地指向所述样品台，从而能够从不同角度接近所述样品台。

优选的，所述样品架通过螺钉固定所述样品，所述操作装置包括至少一个拧转装置，用于拧转所述螺钉或所述样品台。

优选的，所述至少一个拧转装置包括两个拧转装置，其中所述两个拧转装置的纵向轴相对呈80至100度的夹角。

优选的，还包括具有纵向轴的位移台，所述位移台包括沿所述纵向轴的柔性管壁以及所述柔性管壁内侧的可动平台部；其中

所述柔性管壁与所述主体气密地连接，从而将所述可动平台部连通到所述主体内；以及

所述可动平台部连接到所述样品台，从而控制所述样品台具有四个移动自由度，所述四个自由度包括在垂直于所述位移台的纵向轴的平面内相互垂直的两个平动自由度、沿着所述位移台的纵向轴的平动自由度和以所述位移台的纵向轴为法线方向的旋转自由度。

优选的，所述拧转装置包括：

杆体，所述杆体包括:

延伸的管壁，所述管壁具有第一端部和第二端部，其中所述管壁的第一端部被密封；

套嵌在所述管壁内部的内杆，所述内杆能够相对于所述管壁沿着其轴向移动，以及所述内杆在所述第一端部附近包括磁性部；

握持部，所述握持部靠近所述磁性部布置在所述管壁的外侧并能够相对其旋转，其中所述握持部与所述磁性部磁性耦合，从而使所述内杆跟随所述握持部沿所述轴向旋转；

拧转部，所述拧转部在所述管壁的第二端部连接到所述内杆。

本发明的另一方面提供一种用于真空样品转移装置的夹取装置，所述夹取装置包括：

具有纵向轴向的管壁，其中所述管壁的一端被密封；

布置在所述管壁内侧且能够沿着所述轴向移动的第一可动部，其包括第一磁性部；

布置在所述管壁内侧且能够沿着所述轴向移动的第二可动部，其包括第二磁性部；

第一握持部和第二握持部，其分别贴合于所述管壁的外侧且具有磁性；其中所述套管部的第一磁性部与所述内杆的第二磁性部间隔布置，使得所述第一握持部只与所述第一磁性部磁性耦合，以及所述第二握持部只与所述第二磁性部磁性耦合；

连接到所述第二可动部的弹性部，其能够向外侧展开；

其中，所述第一可动部被设置为能够从外侧限制所述弹性部的展开；以及

所述第一握持部和所述第二握持部能够操纵所述第一可动部和所述第二可动部从所述管壁未被密封的一端向外移动，从而当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第一位置时，所述弹性部展开，以及当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第二位置时，所述弹性部收合。

优选的，所述第一可动部为套管状；

所述第二可动部套嵌在所述第一可动部内。

优选的，所述弹性部包括两个弹性臂；其中

所述第一可动部的内壁直径小于所述两个弹性臂展开的最大宽度。

根据本发明的样品转移装置能够将多种相互不兼容的超高真空设备整合为一个连通的整体以使样品在其中便利地转移并避免污染。在此基础上该装置整合了现有技术中的用于不同实验用途的超高真空设备以实现超高真空环境联合测试，大大提升了超高真空实验技术的综合度和复杂度的同时保证了实验环境的高纯净度。所述样品转移装置中的夹取装置气密性强，结构可靠，活动范围较广，可以方便的从大气侧移取超高真空侧的样品部件。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是根据本发明一个优选实施例的真空样品转移装置的示意图；

图2示出了从图1观察方向的相反方向观察真空样品转移装置的另一示意图；

图3沿着大致与图1接近的观察方向示出了主体的示意图；

图4沿着大致与图2接近的观察方向示出了主体的另一示意图；

图5示出了样品台的示意图；

图6示出了第一样品架的示意图；

图7示出了第二样品架的示意图；

图8示出了用于容纳样品台的支撑部的示意图；

图9示出了位移台的示意图；

图10示出了夹取装置的示意图；

图11示出了图10所示的夹取装置的剖面结构示意图；

图12示出了拧转装置的示意图；

图13沿着接近图2或图4的观察方向示出了将夹取装置、拧转装置和涡轮分子泵安装到主体上并将主体隐去的示意图。

具体实施方式

根据本发明的一个优选实施例，真空样品转移装置主要包括主体及其内部的样品台、至少一个夹取装置和至少一个拧转装置、涡轮分子泵、以及手动阀门。

图1是根据本发明一个优选实施例的真空样品转移装置1的示意图，其中主体10大致为球形的壳体，该壳体限定了其内部一个圆形的腔室，壳体上设置有多个朝向不同发散角度的具有法兰部件的通孔部，所述多个开口用于气密地连接该主体10与外部真空设备。

在图1中示出了在图面观察方向上的通过上述通孔部连接在主体10的壳体上并且伸入其腔室中的多个真空操作设备中未被壳体遮挡的一部分，包括第二夹取装置142、第三夹取装置143，以及第一拧转装置151、第二拧转装置152；第一夹取装置141在图1中被遮挡。图1还示出了与主体10连通的用于抽真空的涡轮分子泵19、布置在主体10底部的竖直的位移台18，以及用于样品传送的手动阀门16。

图2示出了从图1观察方向的相反方向从相对侧观察真空样品转移装置1的示意图，其中示出了在图1中被遮挡的第一夹取装置141以及靠近第一夹取装置141位置布置的真空规17。其中，第一拧转装置151被涡轮分子泵19部分遮挡；第一夹取装置141的布置位置大致指向主体11球心位置，且与图1所示的手动阀门16的位置相对地布置；真空规17用于计量主体10内部的真空程度。

图3沿着大致与图1接近的观察方向示出了主体10的详细示意图，主体10上分布着多个通孔部，通孔部具有突出于主体10的壳体之外的接口，以及在接口和主体10之间延伸的管状侧壁，其中在所述接口处还布置有环状的法兰部，用于将通孔部进一步与外部设备密封地连通。所述通孔部包括用于容纳第一拧转装置151的通孔部1000、用于容纳第二拧转装置152的通孔部1008、用于容纳第三夹取装置143的通孔部1007以及用于连接真空阀门16的通孔部1002，各个通孔部的位置与图1中的各个拧转装置及夹取装置的分布位置对应；主体10上还包括另外的备用的通孔部1001、1003、1004、1009和1010。图3中，用于容纳第一夹取装置141的通孔部1006、用于容纳第二夹取装置142的通孔部1005以及用于连接真空规17的通孔部1011被遮挡，将在图4中介绍。其中所述拧转装置、夹取装置、手动阀门以及真空规具有相同的外直径，对应的，通孔部1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1008、1009、1010和1011的形状均一致，因此拧转装置、夹取装置、手动阀门、真空规可以方便地选择插入不同位置的通孔部。图3还示出了真空泵接口部1021、观察窗1022以及底部接口部1023，其中真空泵接口部1021用于密封连接用于对主体10内部抽真空的涡轮分子泵19，底部接口部1023用于密封连接到位移台(将在图9进行介绍)。在需要将主体10抽真空时，(空闲的)通孔部还可以通过适配的密封盖密封。

图4沿着大致与图2接近的观察方向示出了主体10的详细示意图。与图2中的拧转装置及夹取装置的分布位置对应的，图4中示出了在图1中被遮挡的主体10上的用于容纳第一夹取装置141的通孔部1006、用于容纳第二夹取装置142的通孔部1005以及用于连接真空规17的通孔部1011。

其中，结合图3和图4可以看到，管状的底部接口部1023和通孔部1008相互对齐从而具有相同的第一纵向轴A1，其中第一纵向轴A1通过主体10球心；以及主体10上的通孔部1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006以及真空泵接口部1021沿着各自管状侧壁的轴线均基本布置在经过主体10球心并且垂直于第一纵向轴A1的平面附近。

图5示出了样品台11的示意图；图6和图7分别示出了与图5所示样品台11配合使用的第一样品架131和第二样品架132；图8示出了用于容纳样品台11的支撑部12。样品台11大致上为长方体平板形状，具有顶面111、第一侧面112、与顶面111以及第一侧面112相交的第二侧面113(图5仅示出其一边)和与顶面111相对的底面114。顶面111上布置有用于容纳不同规格的三种样品架的三个样品槽，包括第一样品槽115、第二样品槽116和第三样品槽117。第一样品槽115由第一槽部1151和第二槽部1152共同组成，其中第一槽部1151从顶面111向内凹入一定深度并具有平行于顶面111的圆环状底壁1153，第二槽部1152从底壁1153继续向内凹入更深的深度，第一槽部1151和第二槽部1152限定出两个圆柱状且同轴布置的容纳空间。在第一槽部1151的底壁1153与和第二槽部1152相应侧壁连接的分界处布置有三个相互等间距的横向台阶部1154，横向台阶部1154由底壁1153向内凹入且贯穿第二槽部1152的侧壁，形成弧条状的自由空间；阻挡片1155沿着所述底壁1153延伸并且限定所述台阶部1154所形成的自由空间的其中一部分，所述自由空间的另一部分由于未受到阻挡片1155阻挡而形成豁口；其中，所述三个台阶部1154沿着第一槽部1151和第二槽部1152连接处的圆形边界呈旋转对称，即其中台阶部1154旋转120度后与另一个台阶部1154重合。第二槽部1152还具有两个向其侧壁内凹入的狭形凹槽1156，两个狭形凹槽1156对称布置。

第二样品槽116为从顶面111向内凹入的长方体状槽，所述长方体状槽具有第一长度方向，所述第一长度方向垂直于第一侧面112。长方体状槽沿着所述第一长度方向延伸并贯通第一侧面112。长方体状槽具有平行于所述第一长度方向的两个侧面，所述两个侧面上各自具有从该侧面垂直突出的限位边条1161，所述限位边条1161的长度延伸方向平行于所述第一长度方向。第三样品槽117具有接近第一样品槽115的形状，但其槽体的直径更小，用于容纳第三样品架。样品台11的第一侧面112上具有螺纹通孔118，其中，螺纹通孔118垂直于第一侧面112并贯通样品台11，图中所示出的螺纹通孔118的孔口位置在第一侧面112上的中心附近，紧固螺丝可以通过所述螺纹通孔118与所述样品台紧固。以上三种样品槽的形状仅为优选形状，其形状还可以对应现有真空仪器领域中常见的各种不同样品架形状而设置。

如图6所示，第一样品架131具有均大致为圆柱状的平台部1311和与其同轴布置的圆柱状的传输部1312，其中平台部1311外侧直径大于传输部1312外侧直径；在平台部1311靠近传输部1312的侧面上还具有对称的三个突出于该侧面的卡合部1317以及贯穿传输部1312的横杆部1316。

平台部1311的外侧面直径适于容纳在第一样品槽115的第一槽部1151内，传输部1312的外侧面直径适于容纳在圆柱形槽体1152内，其中，所述三个卡合部1317适于经由各自豁口位置嵌入相应的台阶部1154，并旋转至使得卡合部1317被阻挡片1155限定的位置，由此使得第一样品架131固定在第一样品槽115中。平台部1311的端面上具有两个对称布置的第一压片1313和第二压片1314，每个压片分别用两个螺丝固定，第一压片1313和第二压片1314用于共同固定样品1315。第二样品架132大体上呈长方体状，包括第一侧板1321和第二侧板1322，两者通过四个螺钉对齐固定，其中样品1323被固定在第一侧板1321和第二侧板1322之间；第二样品架132整体适于嵌入第二样品槽116并使得第一侧板1321的外侧面外露于样品台11的顶面111。横杆部1316适于容纳在第二槽部1152的两个狭形凹槽1156之内。

如图8所示，支撑部12具有大致为圆柱状的柱体121，柱体121具有第二纵向轴A2，柱体121的第一端部具有圆盘形的平台端面122以及在平台端面122上的转轴支架123，其中平台端面122的边缘部分具有凸出于该端面的合围的侧壁而形成圆盘状；支撑部12在与第一端部相对的第二端部具有圆板状的法兰底座124，其用于与位移台18内部的支撑部连接部相连接。转轴支架123包括两个对称布置且形状相同的第一支撑板1231和第二支撑板1232，两者均垂直于平台端面122向外延伸。第一支撑板1231和第二支撑板1232之间的间距略大于样品台11的顶面111与第二侧面113的公共边的长度，因此样品台11可以以其第一侧面112贴合第一支撑板1231内侧面的方式置于第一支撑板1231和第二支撑板1232之间。第一支撑板1231具有螺纹孔部1234，第二支撑板1232具有螺纹孔部1235，螺纹孔部1234和1235相对应地设置有多组互对齐的螺纹孔。样品台11可以被置于第一支撑板1231和第二支撑板1232之间，并使其螺纹通孔118对齐通孔部1234和1235上的其中一组螺纹孔，并由紧固螺丝贯穿螺纹孔部1234、螺纹通孔118和螺纹孔部1235，由于样品台11与紧固螺丝相互紧固，因此可以使用拧转装置在真空条件下拧动紧固螺丝，从而使样品台11可以以紧固螺丝为轴在第一支撑板1231和第二支撑板1232之间转动。

突出部1233与转轴支架123的第一支撑板1231和第二支撑板1232共同呈品字形排布，突出部1233垂直于平台端面122向外延伸，其延伸长度基本等于样品台11平行于平台端面122时两者之间的距离。由于其与所述第一支撑板1231和第二支撑板1232呈品字形排布且位于样品台11平行于平台端面122之间，所以样品台11围绕紧固螺丝的轴线旋转的范围被限定，具体而言，样品台11与突出部1233靠近的的部分只能平行于平台端面122(此时突出部1233与平台端面122抵接)或者在所述旋转中远离突出部1233。因此其避免了样品台11面向不期望的方向旋转，并且可以容易地将其调整为平行于平台端面122的状态。

图9示出了用于放置容纳支撑部12以及耦合在其上的样品台11的位移台18。位移台18包括外侧的管状可动部以及处于其管状空间内侧的静止部。其中，所述管状可动部主要由波纹管180组成，所述波纹管180可以在一定空间范围内移动；所述管状可动部还包括处于波纹管180第一端部的环形的法兰接口部181、第一方向位置调节器183、第二方向位置调节器184、第三方向位置调节器185和第一旋转方向调节器186，以及被旋转方向调节器186遮挡的，处于波纹管180第二端部的内部的支撑部连接部(在图9中被遮挡)，其中，环形的法兰接口部181与主体10的底部接口部1023连接，支撑部连接部用于连接支撑部12的法兰底座124；

所述位移台18进行位移调节时，由第一方向位置调节器183和第二方向位置调节器184调节所述波纹管180的第二端部以及其内部的支撑部12在第一和第二方向进行平移，此时波纹管180的第一端部相对于所述位移台18的其余部件保持固定；由第三方向位置调节器185控制所述波纹管180的第二端部以及其内部的支撑部12在第三方向进行平移，由第一旋转方向调节器186控制其在第一旋转方向转动。其中，以支撑部12的第二纵向轴A2为基准，所述第一方向为垂直于第二纵向轴A2的任一方向，所述第二方向为垂直于第二纵向轴A2且垂直于第一方向的另一方向，所述第三方向为沿着第二纵向轴A2的方向，所述第一旋转方向为以第二纵向轴A2为法线的旋转方向。因此样品台11相对于主体10具有以上四个方向的移动或转动自由度。

图10示出了夹取装置14的示意图，图11示出了如图10所示的夹取装置14的内部结构的说明性示意图，图12示出了拧转装置15的示意图。其中，夹取装置14可以是第一、第二或第三夹取装置141、142、143中的任意一个；拧转装置15可以是第一、第二拧转装置151、152中的任意一个。

图10所示的夹取装置14由杆体1401和夹取部1403构成，在两者之间还具有法兰部1402。

图11示出了图10所示的夹取装置14的剖面结构。其中杆体1401具为内部中空的管状部件、其第一端部1408外侧布置有环状的握持部1404和握持部1405，其第二端部1409连接到法兰部1402。其中，杆体1401沿着其管壁延伸方向(即其长度方向)具有第三纵向轴线，其第一端部1408的开口被密封。在所述被密封的杆体1401的管壁内部还具有与杆体1401接近同轴布置但外直径更小的套管部1406，以及在套管部1406内部还具有直径更小的内杆1407，所述内杆1407与杆体1401、套管部1406接近同轴布置。所述套管部1406和内杆1407均沿着该第三纵向轴线延伸，并且可以沿着该第三纵向轴线方向彼此相对移动或保持彼此静止的同时相对于杆体1401移动。在第二端部1409附近，所述套管部1406还具有限位部14031，限位部14031可以是延伸的套管状。在第一端部1408附近，套管部1406至少在靠近握持部1404处具有磁性部，内杆1407至少在靠近握持部1405处具有磁性部，所述磁性部用于由外部磁力作用而吸引并各自带动套管部1406或内杆1407移动。

在连接到法兰部1402的杆体1401的第二端部1409，夹取部1403从杆体的管壁的内侧沿着所述第三纵向轴线向第二端部1409外延伸。其中，夹取部1403包括与内杆1407连接的V型结合部14032以及两个镊尖部14033。限位部14031为刚性管状件，V型结合部14032具有两个弹性臂并且具有展开方向；两个镊尖部14033布置在所述V型结合部14032沿着两个弹性臂延伸的端部。限位部14031被布置在V型结合部14032的展开方向上的外侧；在不受限的情况下，展开后的V型结合部14032的两个弹性臂之间的最大距离大于限位部14031内壁的直径，因此当V型结合部14032的两个弹性臂的最大间距处被抵接在所述限位部14032内壁之间时，所述两个镊尖部14033相互接近到最近距离。

握持部1404靠近第一端部1408，其布置为贴合杆体1401外侧面的环状部件，并且可以贴着该外侧面并沿着所述第三纵向轴线平移，其与套管部1406的磁性部借助磁力相互吸引，因此带动其沿所述第三纵向轴线平移。

握持部1405布置在握持部1404靠近第二端部1409的一侧，其同样布置为贴合杆体1401外侧面的环状部件并可以抵靠着握持部1404的该侧；握持部1405可以贴着杆体1401外侧面并沿着所述第三纵向轴线平移，其与内杆1407的磁性部借助磁力相互吸引，因此带动其沿所述第三纵向轴线平移。

当操作人员在大气侧操作握持部1404向第二端部1409靠近，握持部1404推动握持部1405，因此夹取部1403整体向第二端部1409靠近；当操作人员在大气侧操作握持部1405向第一端部1408靠近，握持部1405推动握持部1404，因此夹取部1403整体向第一端部1408靠近。

当操作人员在大气侧操作握持部1404与握持部1405之间相互远离时，V型结合部14032沿着第三纵向轴方向向着限位部14031的管口之外伸出，并相对远离限位部14031，此过程中原本被限位部14031管壁限制而靠近的V型结合部14032的两个弹性臂逐渐张开并达到自然展开状态下的最大展开距离，此过程中镊尖部14033也逐渐展开达到最大展开距离。

在此情况下，如果操作人员在大气侧操作握持部1404与握持部1405之间相互靠近时，V型结合部14032沿着第三纵向轴方向向着限位部14031的管口之内缩进，并相对接近限位部14031，此过程中，V型结合部14032的两个弹性臂的间距大于限位部14061直径的部位在进入限位部14031之后被限位部14031管壁从两侧挤压限制从而靠近，两个弹性臂最终靠近到最近距离，此过程中两个镊尖部14033也逐渐相互靠近并最终抵接在一起。此外，夹取装置14被布置为可以以第二端部1409与法兰部1402的连接处为轴，使得杆体在一个预定锥角的圆锥体空间内摆动，因此操作人员在大气侧操作握持部1404或握持部1405摆动时，夹取部1403也在相对的另一圆锥体空间内摆动，以调节其方位角。

图12示出了拧转装置15的示意图。如图12所示，拧转装置15由杆体1501和刀头部1503构成，在两者的连接处还具有法兰部1502。杆体1501为内部真空的管状部件，杆体1501内部还具有与其同轴布置的杆状部，杆体1501外侧面布置有与杆状部借助磁力相互吸引的圆环状的握持部1504，握持部1504可以贴着杆体1501外侧面并且围绕杆体1501的轴转动，因此其磁力带动杆状部围绕杆体1501的轴转动。杆状部在杆体1501远离握持部1504的另一端连接到刀头部1503，因此刀头部1503也跟随转动，因此拧转装置15实现由大气侧的握持部1504转动刀头部1503的过程。此外拧转装置15也可以以法兰部1502为轴，使得杆体在一个预定锥角的圆锥体空间内摆动，因此刀头部1503也在相对的另一圆锥体空间内摆动，

图13沿着接近图2或图4的观察方向示出了将三个夹取装置141、142、143、两个拧转装置151、152和涡轮分子泵19安装到主体10上并将主体10隐去的上述各部件安装方位示意图，其中为了放大图中细节，四维位移台18的远端部分未示出。第二拧转装置152的纵向轴线重合于图9所示四维位移台18的纵向轴线A2，可以看到第一夹取装置141、第二夹取装置142、第一拧转装置151三者基本位于同一个垂直于该轴线A2的第一平面并且大致指向主体10壳体的球心；第二拧转装置152指向主体10壳体的球心；第三夹取装置143与该第一平面呈一定角度指向该球心；耦合有样品台11被支撑部12大致限定在球心位置并可绕其旋转，图13中示出了样品台11的顶面111面向第二拧转装置152，由于样品架固定后，含螺丝面都与样品台11的顶面111平行，因此上述拧转装置和夹取装置可以方便的对样品架进行旋转螺丝或夹取移动样品的操作。此外结合图1可知，用于转移样品的手动阀门16也布置在上述第一平面附近，其与第一夹取装置141相对地位于样品台12的另一侧。样品台11被固定在支撑部12的圆盘状平台端面122上。

下面结合图1至图13举例说明真空样品转移装置1将样品从外部的第一真空装置转移到外部的第二真空装置的过程，其中，第一真空装置可以接收第一样品架131，第二真空装置可以接收第二样品架132。

首先进行抽真空前的准备操作：将样品台11、支撑部12、四维位移台18从依次连接，将还未耦合有样品的第二样品架132预先放置在样品台11的第二样品槽116，并将样品台的顶位移台18的法兰接口部181密封连接，将三个夹取装置14和两个拧转装置15分别气密地连接到主体10。此时样品台11被大致置于主体10的球心处，并保持111面与A2轴平行；将外部第一真空装置中的样品接口与真空样品转移装置1的手动阀门16相连接。

然后对主体10内部抽真空，使用涡轮分子泵19抽真空，将主体10整体加热烘烤到120-150摄氏度一定时间后冷却到室温，由真空规17确定其达到预定的超高真空度，同时确定外部第一真空装置同样达到该预定的超高真空度，然后开启手动阀门16使得外部第一真空装置与主体10连通。

接着，进行样品传入操作：操作人员将外部第一真空装置中的耦合有样品的第一样品架131通过第一真空装置中的传递装置穿过手动阀门16传递到主体10的样品台11附近，并将其三个卡合部1317嵌入相应的横向槽部1154，然后小角度旋转第一样品架131使得卡合部1317被横向槽部1154的边壁以及阻挡片1155共同限定，因此将第一样品架131直接固定。用夹取装置14配合第一真空装置中的传递装置完成上述第一样品架131的固定，操纵第一真空装置中的传递装置退出主体10的壳体外部并且关闭手动阀门16。

之后进行样品转移操作，控制位移台18以将贯通样品台11第一侧面112的螺纹通孔118对齐第一拧转装置151，通过转动螺纹通孔118内的紧固螺丝，带动与紧固螺丝相对固定的样品台11绕着紧固螺丝纵向轴线转动，直到顶面111垂直于轴线A2且面向第二拧转装置152。通过位移台18控制样品台11的位置大致对齐第二拧转装置152，将第一样品架131的第一压片1313和第二压片1314上的螺丝分别松开，并由夹取装置14中的任意一个将取下的四个螺丝以及第一压片1313和第二压片1314分别放置在支撑部12的平台端面122上；将已经不受约束的样品1315由夹取装置14中的一个夹取并且保持在样品台11附近。用第二拧转装置152将第一侧板1321外端面上的的螺丝分别松开，并由夹取装置14中的另一个取下四个松开的螺丝以及第一侧板1321，并将其拾取放置在样品台11下方的支撑部12的圆盘状的平台端面122上，然后将保持在前述夹取装置上的样品1315放置在样品台11中的第二样品架132的第二压板1322上，并由夹取装置14将之前取下的第一压板1321以及与第一压板1321耦合的四个螺丝按顺序拾取并移动到样品台11的顶面111并与第二侧板1322对齐，由第二拧转装置152将其拧转紧固。在上述过程中，还可以控制位移台18进行旋转和平移以配合夹取装置14和拧转装置15的操作以更方便的完成样品转移过程。

最后进行样品移出操作：操作外部的第二真空装置连接到手动阀门16处的法兰接口并对其抽真空，在外部第二真空装置内部真空度降低到预定值时，开启手动阀门16以将主体10与外部第二真空装置连通；用夹取装置14中的一个配合第二真空装置内的磁耦合传样装置将第二样品架132从样品台11的第二样品槽116抽出。操纵该磁耦合传样装置退出主体10的壳体而进入第二真空装置内部并且关闭手动阀门16由此，样品1315在第一真空装置和第二真空装置之间的转移完成。

根据本发明的第一个实施例的超高真空环境下的样品转移装置，能够将多种不同用途的真空设备整合为一个连通的整体，例如将用于真空状态下样品生长的设备所生长完成的样品在不经过大气环境的前提下快速转移到用于测试该样品的真空测试设备，因此其能够更可靠、更准确的获得所需实验数据，避免了潜在的任何污染样品或干扰样品的因素。例如，利用分子束外延生长或者脉冲激光沉积生长的薄膜样品，需要使用扫描隧道显微镜，角分辨光电子能谱实验等等做系统的表征。由于现有的各种测试设备均有其侧重的测试重点和优势，因此采用根据本发明的真空转移设备能够将同一样品在不同侧重设备之间转移：例如生长温度更高的设备、生长温度更加均匀易控的设备、测试温度更低的设备，测试的磁场强度更高的设备等等。

本实施例仅示出了真空条件样品转移装置的一种样品转移方式，其还可以是实施例1的逆序操作，或者由其他规格的样品架(比如可以容纳在第三样品槽117内的样品架)将其他样品移入或者移出。

根据本实施例的真空条件样品转移装置，能够方便的实现真空条件下的样品移入和移出该真空条件样品转移装置。

该装置通过精确设定夹取装置和拧转装置的安装位置以及方向角以及相互位置之间的配合关系，在实现对主体内各个器件的精确操作的同时将夹取装置和拧转装置的数量减到最少，因此降低了操作的复杂度和增加了真空环境的稳定程度。

该装置通过在样品台上设置螺纹通孔以及在支撑部设置具有多组通孔的第一、第二支撑板，使得样品台可以灵活地调节到迎合外部真空装置所移入的样品的最优角度，例如垂直或水平角度，加快了转移速度和方便程度。通过设置在支撑部上的限位部，能够在转动样品台时方便的将其转动到期望的水平位置。

该装置通过设置样品台上的多个不同形状的容纳槽，使得容纳槽对应常用的多种真空设备中的样品架结构，从而拓宽了样品台可容纳的样品架范围。

该装置所包含的夹取装置，通过设置同轴并且可以相对移动的杆状磁芯部和管状磁芯部，实现了在通过大气侧容易的控制真空侧的夹取装置实现夹取和释放功能，以及在夹取样品的状态下平移伸缩或者在一定锥角范围内摆动的功能。该装置所包含的拧转装置可以容易的实现对真空侧螺丝结构的紧固或松动。

该装置所包含的位移台可以配合主体内的夹取装置和拧转装置进一步灵活精确的调节样品台或其他组件的位置。

该装置的主体通过设置通用口径的多个方位角度的通孔部，方便对夹取装置、拧转装置以及其他部件的对调使用，增加了灵活性。通过设置观察窗增加了操作的简便性。各个通孔均设置有法兰结构以增加其气密性。在根据本发明的其他实施例中，所述第一真空拧动装置和第二真空拧动装置之间的夹角可以是90度附近的其他角度，比如80至100度夹角。

该装置仅需要较小的空间即可实施样品无差别的真空状态下的转移，因此实用性更强，由于其球形壳体结构简单受力均匀，因此可靠性高并且加工简便，成本更低。

根据本发明的另一个实施例，夹取装置为具有中空管壁的管状主体，所述管壁的一端闭合，另一端用于连接到主体10的第一通孔部。所述夹取装置在管壁内平行布置有两个沿着杆体纵向轴延伸并且可移动的第一内杆部和第二内杆部，所述第一内杆部具有第一磁性部，所述第二内杆部具有第二磁性部；在所述杆体管壁外侧还布置有第一握持部和第二握持部，其分别贴合于所述管壁的外侧且具有磁性；第一握持部布置为靠近第一内杆部的第一磁性部，第一握持部只与第一磁性部磁性耦合；所述第二握持部布置为靠近第二内杆部的第二磁性部，第二握持部只与第二磁性部磁性耦合；第二可动部还连接到V形弹性部，其能够向两侧展开；其中，所述第一可动部在具有两个板状的限位部，所述限位部被布置在所述V形弹性部的展开方向外侧，所述限位部被设置为能够从外侧限制所述V形弹性部的展开；所述限位部和所述V形弹性部均布置在所述夹取装置的中空管壁未被闭合密封的一端，所述第一握持部和所述第二握持部能够操纵所述第一可动部和所述第二可动部从该端部的管壁内向外沿所述轴向移动，从而当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第一位置时，所述弹性部展开；当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第二位置时，所述弹性部收合。

根据本发明的另一个实施例，该样品转移装置还可以同时具有两个或两个以上的手动阀门或电动阀门，从而将多个外部不同规格的真空装置一同连接到该样品转移装置的主体，因此当各个真空装置以及该样品转移装置的主体均处于同一真空度状态时，可以同时开启所有手动阀门以将所有各个真空装置同时连通，从而进行多个样品的转移。或者可以分别在不同时刻开启不同手动阀门以将各个真空装置分别连通到该样品转移装置的主体，在这一情况下，该样品转移装置的主体可以针对所对接的真空装置对真空度的要求而调整主体内的真空度，因此其样品转移的可用范围更广。

Claims (11)

1.一种真空样品转移装置，其特征在于，包括：

腔体状的主体，所述主体包括第一通孔部和第二通孔部；

样品台，所述样品台被布置在所述主体的内部；所述样品台包括至少两个样品槽，所述至少两个样品槽用于容纳相同或不同的样品架；

真空阀门，所述真空阀门用于通过所述第一通孔部将所述主体与外部真空装置气密地连通；

操作装置，所述操作装置通过所述第二通孔部气密地连接到所述主体，其中，所述操作装置用于对所述外部真空装置的样品架及其中的样品进行操作；以及

连接到主体的真空泵，其用于对所述主体内部抽真空。

2.根据权利要求1所述的真空样品转移装置，其特征在于，所述样品台通过转轴支架可旋转地布置。

3.根据权利要求1所述的真空样品转移装置，其特征在于，所述操作装置包括至少一个夹取装置，所述夹取装置能够夹取所述样品，并在所述主体内部移动。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个夹取装置包括三个夹取装置，所述三个夹取装置各自的纵向轴不共面地指向所述样品台，从而能够从不同角度接近所述样品台。

5.根据权利要求2所述的真空样品转移装置，其特征在于，所述样品架通过螺钉固定所述样品，所述操作装置包括至少一个拧转装置，用于拧转所述螺钉或所述样品台。

6.根据权利要求5所述的真空样品转移装置，其特征在于，所述至少一个拧转装置包括两个拧转装置，其中所述两个拧转装置的纵向轴相对呈80至100度的夹角。

7.根据权利要求1或2所述的真空样品转移装置，其特征在于，还包括具有纵向轴的位移台，所述位移台包括沿所述纵向轴的柔性管壁以及所述柔性管壁内侧的可动平台部；其中

所述柔性管壁与所述主体气密地连接，从而将所述可动平台部连通到所述主体内；以及

所述可动平台部连接到所述样品台，从而控制所述样品台具有四个移动自由度，所述四个自由度包括在垂直于所述位移台的纵向轴的平面内相互垂直的两个平动自由度、沿着所述位移台的纵向轴的平动自由度和以所述位移台的纵向轴为法线方向的旋转自由度。

8.根据权利要求1所述的真空样品转移装置，其特征在于，所述拧转装置包括：

杆体，所述杆体包括:

延伸的管壁，所述管壁具有第一端部和第二端部，其中所述管壁的第一端部被密封；

套嵌在所述管壁内部的内杆，所述内杆能够相对于所述管壁沿着其轴向移动，以及所述内杆在所述第一端部附近包括磁性部；

握持部，所述握持部靠近所述磁性部布置在所述管壁的外侧并能够相对其旋转，其中所述握持部与所述磁性部磁性耦合，从而使所述内杆跟随所述握持部沿所述轴向旋转；

拧转部，所述拧转部在所述管壁的第二端部连接到所述内杆。

9.一种用于真空样品转移装置的夹取装置，其特征在于，所述夹取装置包括：

具有纵向轴向的管壁，其中所述管壁的一端被密封；

布置在所述管壁内侧且能够沿着所述轴向移动的第一可动部，其包括第一磁性部；

布置在所述管壁内侧且能够沿着所述轴向移动的第二可动部，其包括第二磁性部；

第一握持部和第二握持部，其分别贴合于所述管壁的外侧且具有磁性；其中所述套管部的第一磁性部与所述内杆的第二磁性部间隔布置，使得所述第一握持部只与所述第一磁性部磁性耦合，以及

所述第二握持部只与所述第二磁性部磁性耦合；

连接到所述第二可动部的弹性部，其能够向外侧展开；

其中，所述第一可动部被设置为能够从外侧限制所述弹性部的展开；以及

所述第一握持部和所述第二握持部能够操纵所述第一可动部和所述第二可动部从所述管壁未被密封的一端向外移动，从而当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第一位置时，所述弹性部展开，以及当所述第一可动部相对于所述第二可动部移动到第二位置时，所述弹性部收合。

10.根据权利要求9所述的夹取装置，其特征在于，

所述第一可动部为套管状；

所述第二可动部套嵌在所述第一可动部内。

11.根据权利要求10所述的夹取装置，其特征在于，

所述弹性部包括两个弹性臂；其中

所述第一可动部的内壁直径小于所述两个弹性臂展开的最大宽度。

Images