CN204374062U - 具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，包括超高真空转移腔体、光谱测量窗、升降装置、水平悬臂、多样品架、传样装置、手动真空阀、观察窗和超高真空维持装置，超高真空转移腔体上至少设置有六个法兰，光谱测量窗和升降装置分别与腔体顶部的第一法兰和第二法兰密封连接，传样装置和手动真空阀分别与相对设置在腔体的左、右两侧的第三法兰和第四法兰密封连接，升降装置的执行端伸入腔体内，且与水平悬臂的一端连接，多样品架固定在水平悬臂的另一端。本实用新型在不破坏超高真空环境的前提下，实现了样品在不同超高真空系统间的转移以及在暴露于大气中的光学平台上的测量，解决了现有技术存在的相应问题。

Description

具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置

技术领域

本实用新型涉及超高真空样品转移装置，特别涉及一种具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置。

背景技术

一般来说，超高真空设备系统由真空泵、真空计、真空腔体及其它元件借助于真空管道，按一定要求组合而成，以保证在一定的空间内获得并保持特定真空环境(典型真空度好于1×10^-9mbar)，确保某项工艺过程或性能测量过程在真空系统内实施。超高真空系统在半导体、机械加工、物理、化学、材料和生物科学等各个研究领域都有着广泛的应用。

样品在超高真空系统中制备完成后，为了保证其性质稳定，通常需要在不破坏超高真空的环境中进行结构的表征和物性的测量和分析。目前，可以把样品制备与测试设备集成在一套超高真空系统中，这种系统一般包含机械手，可用于在腔内的某些特定位置转移样品，使样品的制备和测量都在同一超高真空环境中完成。然而，一套系统中能集成的测试设备是很有限的，想要更全面地分析样品性质，就不得不将样品从某一真空系统取出，转移到其他超高真空系统中或者大气环境下进行测试分析，这个过程中，很难避免样品接触空气和粉尘，很可能污染样品。有的样品遇到空气甚至发生化学反应，成分和性质发生改变，样品质量完全被破坏。

人们想出了许多办法来保护样品，例如：先在真空腔内通入惰性气体做保护气，再将样品取出并快速放入干净的样品盒或真空箱中；或者先在样品上镀上一层保护膜再转移出腔体等。但这些方法大都操作复杂，且每种方法都不能避免“开腔取样”这一操作步骤，使样品暴露于非真空的气体环境。样品周围的真空环境一旦被破坏，周围气体就吸附到样品表面，都会一定程度地污染样品。

目前，还没有一种能够在不破坏超高真空环境的前提下，实现样品在不同超高真空系统间转移以及在暴露于大气中的光学平台上测量使用的便携式设备。

实用新型内容

为解决目前缺乏能够在不破坏超高真空环境的前提下，实现样品在不同超高真空系统间转移以及在暴露于大气中的光学平台上测量使用的便携式设备的问题，本实用新型提供一种具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，包括超高真空转移腔体、光谱测量窗、升降装置、水平悬臂、多样品架、传样装置、手动真空阀、观察窗和超高真空维持装置，所述超高真空转移腔体上至少设置有六个法兰，其中，第一法兰设置在超高真空转移腔体的顶部，第二法兰设置在的超高真空转移腔体的顶部或底部，第三法兰和第四法兰相对设置在超高真空转移腔体的左、右两侧，第五法兰设置在超高真空转移腔体的前端，第六法兰设置在超高真空转移腔体的空余处，所述光谱测量窗与第一法兰密封连接，所述升降装置与第二法兰密封连接，升降装置的执行端伸入超高真空转移腔体内，且与水平悬臂的一端连接，所述多样品架固定在水平悬臂的另一端，且正对光谱测量窗，所述传样装置与第三法兰密封连接，且在竖直方向上与多样品架正对，所述手动真空阀的一端与第四法兰密封连接，手动真空阀的另一端具有适于连接其他超高真空系统的接口，所述观察窗与第五法兰密封连接，所述超高真空维持装置与第六法兰密封连接。

优选地，所述第二法兰设置在的超高真空转移腔体的顶部，所述第六法兰设置在超高真空转移腔体的后端。

优选地，所述超高真空转移腔体呈管状。

优选地，所述光谱测量窗为带有增透膜的超高真空纯石英观察窗。

优选地，所述升降装置为手动或步进电机驱动的螺旋传动升降装置。

优选地，所述升降装置的执行端插入连接套内，并通过沿连接套径向安装的螺钉与连接套固定，连接套的下端与悬臂加强接头的顶部通过螺钉固定，悬臂加强接头的顶部之下具有水平插接槽及位于水平插接槽下方的加强筋，水平悬臂的一端插入水平插接槽且通过螺钉与悬臂加强接头的顶部固定，所述多样品架通过螺钉固定在水平悬臂的另一端的上表面。

优选地，所述多样品架具有两层以上的样品槽，每层样品槽在样品进出方向的两侧各设置有一个用于压紧插入进来的样品的弹簧片，每个弹簧片有一固定端和一压紧端，固定端和压紧端间有一向下的弯折，压紧端的样品出入侧的边角向上弯折，每个弹簧片的固定端由螺钉固定在各层样品槽对应的多样品架的部分上。

优选地，最上层样品槽的最高点到该样品槽内底部安装平面的距离略高于一个样品的厚度。

优选地，所述传样装置包括用于夹紧样品并控制样品移动和转动的机械手及用于固定机械手的支架。

优选地，所述超高真空维持装置包括离子泵、控制单元、电源和可移动载具，所述离子泵通过第六法兰与超高真空转移腔体密封连接，所述控制单元用于控制离子泵并显示超高真空转移腔体内的真空度，所述电源用于为离子泵和控制单元供电，所述控制单元和电源安装在同一可移动载具上。

本实用新型通过将其他超高真空系统与手动真空阀相应的接口密封连接，并通过旋转手动真空阀控制超高真空转移腔体与其他超高真空系统的相通或隔离，可以在不接触外界空气的条件下，利用传样装置将某一超高真空系统中的样品移入超高真空转移腔体内，并同样可在不接触外界空气的条件下，再把样品转移到另一超高真空系统中，或在升降装置将多样品架升到样品插入对应的位置时，将样品插入多样品架的样品槽中，继续升起多样品架，直到使多样品架最上层的样品槽中的样品贴近光谱测量窗的内壁，然后即可将带有样品的超高真空转移腔体放到暴露在大气中的光学平台上进行光学测量(如拉曼光谱测量，X射线衍射测量等)，整个过程中，由超高真空维持装置维持超高真空转移腔体内的超高真空环境，保证了样品一直处于超高真空环境中，即在不破坏超高真空环境的前提下，实现了样品在不同超高真空系统间的转移以及在暴露于大气中的光学平台上的测量，解决了现有技术存在的相应问题，并且还具有结构简单，容易组装和拆卸、体积较小、重量轻巧、方便搬运、样品转移效率高的优点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的外部结构示意图；

图2和图3为图1所示的超高真空转移腔体的结构示意图；

图4和图5为本实用新型实施例的升降装置和多样品架的连接结构示意图；

图6为图1所示本实用新型实施例在传样时沿第三法兰和第四法兰中线剖切后的示意图；

图7为图1所示本实用新型实施例在光谱测量时沿第五法兰和第六法兰中线剖切后的示意图；

图8为图1所示离子泵的结构示意图；

图9本实用新型一实施例的真空维持装置的部分结构示意图；

图中：1、超高真空转移腔体；11、第一法兰；12、第二法兰；13、第三法兰；14、第四法兰；15、第五法兰；16、第六法兰；17、支撑块；2、光谱测量窗；3、升降装置；31、连接套；4、水平悬臂；41、悬臂加强接头；5、多样品架；51、弹簧片；6、传样装置；61、机械手；62、支架；7、手动真空阀；8、观察窗；9、超高真空维持装置；91、离子泵；92、控制单元；93、电源；94、可移动载具。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1～9所示，本实施例的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置包括超高真空转移腔体1、光谱测量窗2、升降装置3、水平悬臂4、多样品架5、传样装置6、手动真空阀7、观察窗8和超高真空维持装置9。

超高真空转移腔体1呈管状，采用高强度材料(如不锈钢等)制成，从而使腔体内的极限真空可以达到超高真空要求；超高真空转移腔体1上焊接有六个法兰，例如CF刀口法兰或其他真空法兰。可以理解的是，其他形式的超高真空转移腔体或者密封连接方式也是可以想到的。

具体而言，第一法兰11设置在超高真空转移腔体1的顶部，第二法兰12设置在的超高真空转移腔体1的顶部，第三法兰13和第四法兰14相对设置在超高真空转移腔体1的左、右两侧，第五法兰15设置在超高真空转移腔体1的前端，第六法兰16设置在超高真空转移腔体1的后端。

优选地，第三法兰13和第四法兰14为活口法兰，以实现腔体对接时自由旋转。可以理解的是，能够实现上述功能的其他连接方式也是可能的。

另外，为使超高真空转移腔体放置平稳，本实施例在超高真空转移腔体1底部的前、后端各安装了一个顶部为弧面、底部为平面的支撑块17，以使其保持平稳。显然，其他能使超高真空转移腔体放置平稳的结构也是很容易想到的。

光谱测量窗2与第一法兰11密封连接，光谱测量窗2采用带有增透膜的超高真空纯石英观察窗，保证光学测量时具有高透光率，减少测量过程中的光学信号损失并尽可能地排除光噪声的干扰。

升降装置3与第二法兰12密封连接，升降装置3的执行端伸入超高真空转移腔体1内，且与水平悬臂4的一端连接，多样品架5固定在水平悬臂4的另一端，且正对光谱测量窗2。通过升降装置3调节多样品架5的高度，可以实现光学测量、取放样品、样品转移三种状态的相互转换。

为便于精确控制升降距离，优选地，升降装置3采用手动或步进电机驱动的螺旋传动升降装置。

为便于安装和拆卸，并提高水平悬臂抗弯曲变形的能力，优选地，升降装置3的执行端插入连接套31内，并通过沿连接套31径向安装的螺钉与连接套31固定，连接套31的下端与悬臂加强接头41的顶部通过螺钉固定，悬臂加强接头41的顶部之下具有水平插接槽及位于水平插接槽下方的加强筋，水平悬臂4的一端插入水平插接槽且通过螺钉与悬臂加强接头41的顶部固定，多样品架5通过螺钉固定在水平悬臂4的另一端的上表面。

本实施例中，多样品架5具有四层样品槽，每层样品槽在样品进出方向的两侧各设置有一个用于压紧插入进来的样品的弹簧片51，每个弹簧片51有一固定端和一压紧端，固定端由螺钉固定在各层样品槽对应的多样品架的部分上，固定端和压紧端间有一向下的弯折，压紧端的样品出入侧的边角向上弯折，以便于插入和取出样品。

优选地，最上层样品槽的最高点到该样品槽内底部安装平面的距离略高于一个样品的厚度，这种设计可以在光谱测量的时发挥巨大的作用，既能够使样品有可能无限接近光谱测量窗，又能够保护样品不被光谱测量窗撞坏。

传样装置6与第三法兰13密封连接，且在竖直方向上与多样品架5正对。

优选地，传样装置6包括用于夹紧样品并控制样品移动和转动的机械手61及用于固定机械手的支架62。

手动真空阀7的一端与第四法兰14密封连接，手动真空阀7的另一端具有适于连接其他超高真空系统的接口。

观察窗8与第五法兰15密封连接。本实施例中，观察窗8采用大口径的普通的超高真空纯石英观察窗，用于机械手61传样时的实时观察，保证能够准确的传入或取出样品，也能够观察多样品架5的高度位置。

超高真空维持装置9与第六法兰16密封连接。

优选地，超高真空维持装置9包括离子泵91、控制单元92、电源93和可移动载具94。其中，离子泵91通过第六法兰16与超高真空转移腔体1密封连接，用于维持腔内超高真空，一般可使腔内气压低于3×10^-10mbar；控制单元92用于控制离子泵91并显示超高真空转移腔体1内的真空度，电源93用于为离子泵91和控制单元92供电，控制单元92和电源93置于同一可移动载具94上并固定。

可移动载具94优选可移动的小车，车体由铝合金材料制成，并具有带刹车装置的万向轮。转移样品时，控制单元92和电源93可随移动载具94与超高真空转移腔体1一起移动，十分方便。可以理解的是，其他形式的载具也是可行的，比如手提式载具等。

本实施例的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置的使用方法及工作过程如下：

进行样品转移时，先将密封连接在超高真空转移腔体1上的手动真空阀7与某一待转移样品的超高真空样品制备系统密封连接，并通过升降装置3将多样品架5降低至机械手61的水平位置之下，使机械手61能够避开多样品架5夹取待转移样品的超高真空样品制备系统中的样品；保证手动真空阀7两侧都属于超高真空量级，然后打开手动真空阀7，使机械手61穿过手动真空阀7，伸至待转移样品的超高真空样品制备系统夹取样品，夹住样品后，回撤机械手61，将样品从超高真空样品制备系统移入超高真空转移腔体1内，然后关闭手动真空阀7；接着，使手动真空阀7与该超高真空样品制备系统解除连接，然后将本实施例的超高真空多样品转移装置移至另一超高真空系统处，再使手动真空阀7与另一超高真空系统密封连接，此时再次打开手动真空阀7，通过机械手61将样品送入该超高真空系统，从而实现样品在两个超高真空系统间的转移，转移过程中由离子泵91维持超高真空转移腔体1内的真空度。

进行光谱测量时，首先利用升降装置3将多样品架5升到样品插入对应的位置，将样品插入多样品架5的样品槽中，继续升起多样品架5，直到使多样品架5最上层的样品槽中的样品贴近光谱测量窗2的内壁(此时可以保证样品上表面与大气中的光学镜头间的距离在3毫米左右，完全符合光学测量的需求)，然后即可将带有样品的超高真空转移腔体放到暴露在大气中的光学平台上进行光学测量(如拉曼光谱测量，X射线衍射测量等)。在多样品架5上下移动的时候，可以通过观察窗8观察其高度位置。

本实用新型在不破坏超高真空环境的前提下，实现了样品在不同超高真空系统间的转移以及在暴露于大气中的光学平台上的测量，解决了现有技术存在的相应问题，并且还具有结构简单，容易组装和拆卸、体积较小、重量轻巧、方便搬运、样品转移效率高的优点。

虽然以上结合优选实施例对本实用新型进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本实用新型所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本实用新型精神和范围的情况下，可对本实用新型作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (10)

1.一种具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：包括超高真空转移腔体、光谱测量窗、升降装置、水平悬臂、多样品架、传样装置、手动真空阀、观察窗和超高真空维持装置，所述超高真空转移腔体上至少设置有六个法兰，其中，第一法兰设置在超高真空转移腔体的顶部，第二法兰设置在的超高真空转移腔体的顶部或底部，第三法兰和第四法兰相对设置在超高真空转移腔体的左、右两侧，第五法兰设置在超高真空转移腔体的前端，第六法兰设置在超高真空转移腔体的空余处，所述光谱测量窗与第一法兰密封连接，所述升降装置与第二法兰密封连接，升降装置的执行端伸入超高真空转移腔体内，且与水平悬臂的一端连接，所述多样品架固定在水平悬臂的另一端，且正对光谱测量窗，所述传样装置与第三法兰密封连接，且在竖直方向上与多样品架正对，所述手动真空阀的一端与第四法兰密封连接，手动真空阀的另一端具有适于连接其他超高真空系统的接口，所述观察窗与第五法兰密封连接，所述超高真空维持装置与第六法兰密封连接。

2.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述第二法兰设置在的超高真空转移腔体的顶部，所述第六法兰设置在超高真空转移腔体的后端。

3.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述超高真空转移腔体呈管状。

4.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述光谱测量窗为带有增透膜的超高真空纯石英观察窗。

5.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述升降装置为手动或步进电机驱动的螺旋传动升降装置。

6.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述升降装置的执行端插入连接套内，并通过沿连接套径向安装的螺钉与连接套固定，连接套的下端与悬臂加强接头的顶部通过螺钉固定，悬臂加强接头的顶部之下具有水平插接槽及位于水平插接槽下方的加强筋，水平悬臂的一端插入水平插接槽且通过螺钉与悬臂加强接头的顶部固定，所述多样品架通过螺钉固定在水平悬臂的另一端的上表面。

7.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述多样品架具有两层以上的样品槽，每层样品槽在样品进出方向的两侧各设置有一个用于压紧插入进来的样品的弹簧片，每个弹簧片有一固定端和一压紧端，固定端和压紧端间有一向下的弯折，压紧端的样品出入侧的边角向上弯折，每个弹簧片的固定端由螺钉固定在各层样品槽对应的多样品架的部分上。

8.根据权利要求7所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：最上层样品槽的最高点到该样品槽内底部安装平面的距离略高于一个样品的厚度。

9.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述传样装置包括用于夹紧样品并控制样品移动和转动的机械手及用于固定机械手的支架。

10.根据权利要求1所述的具有光谱测量功能的超高真空多样品转移装置，其特征在于：所述超高真空维持装置包括离子泵、控制单元、电源和可移动载具，所述离子泵通过第六法兰与超高真空转移腔体密封连接，所述控制单元用于控制离子泵并显示超高真空转移腔体内的真空度，所述电源用于为离子泵和控制单元供电，所述控制单元和电源安装在同一可移动载具上。