CN219320340U - 一种低温磁场探针台样品腔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低温磁场探针台样品腔结构，包括外腔、中腔、内腔，中腔设置在外腔内侧，内腔设置在中腔内侧，外腔、中腔均在相匹配位置设置有探针口、拓展冷能口，内腔包括外冷屏、内冷屏、导冷底板、隔热支架，外冷屏、内冷屏、导冷底板围成环形腔室，内冷屏为管状，外冷屏底部与导冷底板连接，导冷底板通过隔热支架与中腔连接，导冷底板下侧设置有冷能接口，中腔底部的与冷能接口对应位置设置有基础冷能口，导冷底板为环形，内冷屏的内侧经导冷底板、中腔的冷能口连通至外腔的拓展冷能口，能够能够适用于具有两个独立冷源的探针台。

Description

一种低温磁场探针台样品腔结构

技术领域

本实用新型属于物理及半导体测试技术领域，涉及一种探针台，具体地，涉及一种低温磁场探针台样品腔结构。

背景技术

探针台测试设备是一种应用广泛的非破坏性测试手段，可用于物理及半导体领域的测试，具体地，可用于测试材料样品或器件的电学特性、光电特性、高频特性等方面的性能，在物理及半导体领域中的应用十分丰富。在此基础上，磁场探针台测试系统进一步提供了磁场环境，使得探针台测试设备可以进一步研究被测材料或器件在磁场下的性能表现及特性，其典型应用包括磁学、自旋电子学、半导体物理与器件、量子器件等。

由于低温磁场探针台测试系统需要营造低温条件，例如使得被测样品处于较低的测试温度下，或使得电磁线圈冷却至具有相应电磁性能的温度，例如冷却电磁线圈至超导温度，在部分测试时，对被测样品、电磁线圈的冷却需求存在差异，需要通过分别使被测样品和电磁线圈连接不同的冷源的方式来满足相应测试需求，现有探针台样品腔一般仅能用于单冷源情形，难以匹配双冷源的情形，因此，亟需一种能够在双冷源下使用的样品腔结构，以满足现有的双冷源的探针台的低温条件营造需求。

实用新型内容

针对现有技术存在的样品腔难以匹配双冷源的问题，本实用新型提供了一种低温磁场探针台样品腔结构，包括外腔、中腔、内腔，所述中腔设置在所述外腔内侧，所述内腔设置在所述中腔内侧，所述外腔、中腔均在相匹配位置设置有探针口、拓展冷能口，所述内腔包括外冷屏、内冷屏、导冷底板、隔热支架，所述外冷屏、内冷屏、导冷底板围成环形腔室，所述内冷屏为管状，所述外冷屏底部与所述导冷底板连接，所述导冷底板通过所述隔热支架与所述中腔连接，所述导冷底板下侧设置有冷能接口，所述中腔底部的与所述冷能接口对应位置设置有基础冷能口，所述导冷底板为环形，所述内冷屏的内侧经所述导冷底板、所述中腔的所述冷能口连通至所述外腔的所述拓展冷能口。

优选地，隔热支架为环形，所述隔热支架设置有镂空部，所述镂空部与所述拓展冷能口的位置相匹配。

优选地，所述外冷屏与所述导冷底板的连接处将所述导冷底板划分为内环、外环，所述内环位于所述外冷屏的内侧，所述外环位于所述外冷屏的外侧、所述中腔的腔室内。

可选地，所述外腔包括封盖、腔体、封底，所述中腔包括封盖、腔体、封底，所述外腔的所述封底与所述中腔的所述封底连接以封闭所述外腔的所述腔体与所述内腔的所述腔体之间的间隙；所述外腔的所述封盖、腔体、封底以及所述中腔的所述封底，共同围成一腔室；所述中腔的所述封盖、腔体、封底共同围成一腔室。

进一步优选地，所述封盖上设置有观察窗，所述观察窗正对所述内冷屏。

优选地，所述内冷屏固定于所述中腔底部，所述内冷屏的侧面设置有镂空部，所述内冷屏的所述镂空部靠近所述拓展冷能口。

可选地，所述外腔的所述拓展冷能口的端部设置有连接法兰盘。

本实用新型至少具有以下有益效果：能够适用于具有两个独立冷源的探针台，能够使用两个独立冷源并使冷源的冷能分别沿相互独立的路径传递，便于对探针台的不同组件进行相互独立的温度控制。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施方式的整体外形示意图。

图2为本实用新型的一个实施方式的爆炸图。

图3为本实用新型的一个实施方式的外腔结构示意图。

图4为本实用新型的一个实施方式的中腔结构示意图。

图5为本实用新型的一个实施方式的内腔结构示意图。

图6为本实用新型的一个实施方式的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型所指的低温，大体上指的是低温工程学中的低温、超低温温区，即大约是120K-4K的温度区间。

如图1至图2，本实用新型提供了一种低温磁场探针台样品腔结构，包括外腔100、中腔200、内腔300，中腔200设置在外腔100内侧，内腔300设置在中腔200内侧。具体地，外腔100与中腔200之间可以共用部分腔体结构，即中腔200的底部结构与外腔100的底部结构存在部分共用。优选地，内腔300与中腔200之间不存在共用的腔体结构，即内腔300与中腔200之间尽可能独立，具体地说，尽可能存在温度上的独立，减少温度上的影响。可以通过使用隔离温度的支架，将内腔300支撑在中腔200内部。也可以使内腔300与中腔200之间存在部分共用腔体结构，需要尽可能地减少内腔300与中腔200之间的温度传递。如图2示出了一种内腔300与中腔200相互独立并采用支架连接的实施方式，也可以根据需要选择其他的实施方式。

外腔100、中腔200均在相匹配位置设置有探针口123、223、拓展冷能口122、222。更具体地，作为一种优选的方式，中腔100上的探针口223的位置，与外腔100上的探针口123的位置相互正对，以使得探针经过探针口123、223自外腔100外侧伸入中腔200的腔室内时，具有较大的移动空间。当需要使用多组探针时，还可以设置多组探针口123、223，以匹配相应的探针数量。图2中示出的一种可以最多允许使用四组探针的实施方式，探针口123、223设置有四组。当不需要部分探针口123、223时，可以通过探针口盖板124将相应探针口123封闭，从而保证腔体整体的密闭。需要注意的是，当使用探针座固定探针时，需要在探针座与探针口123、223之间设置波纹管等组件并包围探针，或在探针伸入探针口123处设置相应的密封结构，以使探针口123、223保持与外部环境的隔绝，保证样品腔内整体的密闭。

内腔300包括外冷屏310、导冷底板320、内冷屏330、隔热支架340，外冷屏310、导冷底板320、内冷屏330围成环形腔室，内冷屏330为管状。使用该形式的主要原因在于，通过外冷屏310、导冷底板320、内冷屏330围成的环形腔室，可以将电磁线圈设置在该环形腔室内，同时可以将样品台设置于内冷屏330的内侧，使电磁线圈所在空间为相对独立的腔室，以便对电磁线圈进行单独冷却，将样品台设置于内冷屏330内侧，由于样品台需要支撑样品，其结构所限需要使样品台所在区域保持开放，因此，将电磁线圈设置在相对独立的腔室内，还可以减少电磁线圈的冷却对周围环境的影响，进而减少对样品台及其上的样品温度的影响。内冷屏330在使用时将位于电磁线圈和样品台之间，可以减少电磁线圈的冷却对样品台和样品的温度的影响。更具体地，外冷屏310底部与导冷底板320连接，导冷底板320通过隔热支架340与中腔200连接，导冷底板下侧设置有冷能接口，中腔底部的与冷能接口对应位置设置有基础冷能口232，导冷底板320为环形，内冷屏的内侧经导冷底板、中腔的冷能口连通至外腔的拓展冷能口。

对于导冷底板320，可以根据需要，设置相应的冷能输入结构，例如，设置相应的冷能连接端口，以便输入冷能，请参阅图5，导冷底板320在导冷面板321的下侧设置有冷能接口322，用于连接导冷链等导冷结构。该冷能接口322靠近基础冷能口232，以便于进行导冷连接。

图6示出了本实用新型的一种实施方式的结构示意图并表明了冷能传递路径。本实用新型所提供的低温磁场探针台样品腔结构，适用于具有两个独立冷源的探针台，图6中示出了使用两个独立冷源的冷能传递路径，分别沿A路径、B路径传递，其中，A路径、B路径相互独立，互不干扰。

对于A路径：冷源设置于外腔100的外部，通过导冷结构进行冷能传递，作为一种可行的方式，可以通过导冷链，经过拓展冷能口122、222伸入至内冷屏330的内侧，以将外腔100外侧的冷源的冷能传递至内冷屏330内侧。对于传递至内冷屏330内侧的冷能，可以通过至少连接至被冷却元件进行利用，例如连接至样品台，对样品台进行降温或温度控制，也可以至少通过导冷结构或其连接到的其他结构，将冷能至少扩散至内冷屏330内侧，以至少对内冷屏330内侧进行降温或温度控制。

对于B路径：冷源设置于外腔100的外部，通过导冷结构、导冷底板320进行冷能传递，作为一种可行的方式，冷源通过导冷链穿过基础冷能口232与导冷底板320导冷连接，冷源沿图6所示的B路径将冷能传递至导冷底板320，并通过导冷底板320进一步向至少包括内腔300的腔室的区域传递冷能，如图6中的B₁，此时，由于内腔300中通常设置的是电磁线圈，因此冷能B₁对电磁线圈的温度进行控制，例如进行冷却。更具体地，可以使电磁线圈直接与导冷底板320接触并进行温度传导，也可以通过导冷底板320对内腔300中的环境温度进行调节，以实现对电磁线圈的温度的调节，例如，通过导冷底板320对内腔300进行降温，以降低内腔300中的电磁线圈的温度。

请参阅图2、图5，隔热支架340可以为环形，并在隔热支架340上设置镂空部341。镂空部341可以降低隔热支架340的体积，进而降低隔热支架340的重量，使腔体结构整体的重量降低，同时，镂空部341还可用于容纳冷能传递结构，例如，容纳导冷链，在此情形下，需要使镂空部341与拓展冷能口122、222的位置相匹配，例如，与拓展冷能口122、222的位置相互正对，或大体位于同一轴线，以使拓展冷能口122、222、镂空部341形成一通道。

请参阅图6，外冷屏310与导冷底板320的连接处将导冷底板320划分为内环、外环，具体地，内环的至少部分面位于内腔300的腔体内侧，外环的至少部分面位于内腔300外侧、中腔200内侧，以形成B₁、B₂的导冷路径。具体地，对于路径B₁，可以通过与被冷却元件接触，或对内腔300的环境温度进行冷却或温度调节，以实现冷能传递，优选方式为与被冷却元件接触；对于路径B₂，可以通过与被冷却元件接触，或对中腔200的环境温度进行冷却或温度调节，以实现冷能传递，优选方式为对外冷屏310接触以进行冷却或温度调节。

请参阅图2、图3，外腔100包括封盖110、腔体120、封底130，封盖110与腔体120的侧壁121连接，封底130与腔体120的侧壁121连接，以形成腔室；为了使外腔100形成封闭的腔室结构，封底130与中腔200的封底230连接，从而封闭外腔100的腔体120与内腔200的腔体220之间的间隙，形成封闭的外腔100的腔室，例如，封底130通过连接环131与封底230连接，并通过连接板132与腔体120的侧壁121连接。图2、图3中示出的外腔100，其中的拓展冷能口122并未封闭，原因在于在部分情况下，拓展冷能口122需要与外部冷源连接，则外部冷源将通过拓展冷能口122于外腔100进行连接，以形成封闭。可以理解的是，当无需使外部冷源通过拓展冷能口122与腔体内部的元器件导冷时，则可以对拓展冷能口122进行封闭。图3中示出的拓展冷能口122的端部设置有连接法兰，以便于进行封闭连接。另外，探针口123也可以按需进行封闭或开启，具体方式请参阅前述内容，在此不再赘述。通过外腔100的封盖110、腔体120、封底130以及中腔200的封底230，共同围成一腔室。

请参阅图4，中腔200的封盖210、腔体220、封底230共同围成一腔室，封盖210与腔体220的侧壁221连接，封底130与腔体120的侧壁221连接，以形成腔室。需要注意的是，中腔200的腔室并非密闭腔室，而是存在拓展冷能口222、探针口223、基础冷能口232，用于实现相应的伸入探针、导入冷能等功能。在使用时，中腔200设置于外腔100内，外腔100承担了部分封闭功能，具体细节请参阅前述内容，在此不再赘述。请参阅图6，对于基础冷能口232，在使用时，基础冷能口232用于使冷能或导冷装置通过，其外部需根据实际情况进行封闭，例如，当基础冷能口232中设置有导冷链时，则需要在基础冷能口232与导冷链所连接的冷源之间设置封闭组件，例如设置波纹管，从而使得基础冷能口232与外部空间相隔离，以使中腔200形成封闭腔室。

请参阅图2、图6，内冷屏330固定于中腔200底部，例如，固定在中腔200的封底230，尤其是固定于封底230的板状结构231，且不对基础冷能口232进行遮挡。此时，为了使内冷屏330的内侧能够与拓展冷能口122、222连通，内冷屏330可以根据需要设置镂空部331，并使得该镂空部331靠近拓展冷能口122、222，用于容纳自拓展冷能口122、222引入的导冷结构。

请参阅图3、图4，外腔100、中腔200的封盖110、210上设置有观察窗112、212，用于观察内冷屏330内侧，在使用时，可以至少用于观察内冷屏330内侧的样品台上的样品及探针。更具体地，该观察窗112、212可以正对内冷屏330，例如，正对内冷屏330的内侧。对于外腔100，封盖110的观察窗112的两侧通过固定板113、114进行固定于盖板111，并在腔体120的内侧设置定位台125，使盖板111固定于定位台125，从而实现封盖110和腔体120的连接。对于中腔200，封盖210的观察窗212的两侧通过固定板213、214固定于盖板211，并在腔体220的内侧设置定位台225，使盖板211固定于定位台225，从而实现封盖210和腔体220的连接。对于封盖110、210与定位台125、225的连接，可以根据需要选择合适的连接方式，例如，采用螺钉连接、螺纹连接、卡接等方式进行连接。

请参阅图5，外腔100的拓展冷能口122的端部设置有连接法兰盘，用以与外部设备进行连接并保持外腔100的封闭性，具体地，可以与自冷源伸出的波纹管连接，并在波纹管中设置导冷链等导冷结构，也可以与盖板连接以封闭拓展冷能口122。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点，因此以上仅为本实用新型的实施例。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：包括外腔、中腔、内腔，所述中腔设置在所述外腔内侧，所述内腔设置在所述中腔内侧，所述外腔、中腔均在相匹配位置设置有探针口、拓展冷能口，所述内腔包括外冷屏、内冷屏、导冷底板、隔热支架，所述外冷屏、内冷屏、导冷底板围成环形腔室，所述内冷屏为管状，所述外冷屏底部与所述导冷底板连接，所述导冷底板通过所述隔热支架与所述中腔连接，所述导冷底板下侧设置有冷能接口，所述中腔底部的与所述冷能接口对应位置设置有基础冷能口，所述导冷底板为环形，所述内冷屏的内侧经所述导冷底板、所述中腔的所述冷能口连通至所述外腔的所述拓展冷能口。

2.如权利要求1所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：隔热支架为环形，所述隔热支架设置有镂空部，所述镂空部与所述拓展冷能口的位置相匹配。

3.如权利要求1所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：所述外冷屏与所述导冷底板的连接处将所述导冷底板划分为内环、外环，所述内环位于所述外冷屏的内侧，所述外环位于所述外冷屏的外侧、所述中腔的腔室内。

4.如权利要求1所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：所述外腔包括封盖、腔体、封底，所述中腔包括封盖、腔体、封底，所述外腔的所述封底与所述中腔的所述封底连接以封闭所述外腔的所述腔体与所述内腔的所述腔体之间的间隙；所述外腔的所述封盖、腔体、封底以及所述中腔的所述封底，共同围成一腔室；所述中腔的所述封盖、腔体、封底共同围成一腔室。

5.如权利要求4所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：所述封盖上设置有观察窗，所述观察窗正对所述内冷屏。

6.如权利要求1所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：所述内冷屏固定于所述中腔底部，所述内冷屏的侧面设置有镂空部，所述内冷屏的所述镂空部靠近所述拓展冷能口。

7.如权利要求1所述的一种低温磁场探针台样品腔结构，其特征在于：所述外腔的所述拓展冷能口的端部设置有连接法兰盘。

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