CN220231584U - 一种双冷源低温磁场探针台隔震结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，通过双冷源和相互独立的冷能传递路径，使样品台组件、磁场发生组件能够在不同的温度下工作；通过配重支架抑制制冷机的震动，利用波纹管形成非刚性连接，隔绝制冷机的震动传递到样品台组件、磁场发生组件和探针组件上，避免被测物与磁场发生组件、探针组件出现相对位移，保证了探针、磁场位置的相对固定，避免了探针接触位置、磁场位置的误差，提高了低温磁场探针台的精度。

Description

一种双冷源低温磁场探针台隔震结构

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，涉及一种双冷源低温磁场探针台隔震结构。

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环境，需要制冷设备并进行导冷，制冷设备的震动较强，容易引起其他组件的震动，并导致探针无法对准测试点位、被测物所处磁场环境不稳定等问题，造成测试结果不准确，极大地影响了低温磁场探针台测试系统的使用效果。

实用新型内容

针对现有技术存在的制冷设备的震动容易影响测试效果的问题，本实用新型提供了一种双冷源低温磁场探针台隔震结构。

本实用新型提供了一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，包括探针组件、样品台组件、冷腔组件、冷源组件、磁场发生组件、固定组件，所述冷腔组件包括外冷腔冷屏，所述外冷腔包括上段、下段、外腔波纹管，所述上段、下段之间通过所述外腔波纹管连接，所述固定组件包括安装支架、配重支架，所述上段与所述安装支架固定连接，所述下段与所述配重支架固定连接，所述冷源组件与所述下段固定连接；所述冷腔组件、冷源组件设置有相匹配的两组，分别为第一冷腔组件与第一冷源组件、第二冷腔组件与第二冷源组件；所述第一冷源组件、第二冷源组件分别与所述磁场发生组件、样品台组件的其中之一通过导冷链导冷连接；所述第一冷腔组件、第二冷腔组件的所述外冷腔之间通过中间波纹管连通；所述第一冷腔组件的所述外冷腔、所述第二冷腔组件的所述外冷腔、所述中间波纹管、所述第一冷源组件、所述第二冷源组件共同围成一密闭腔体，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述密闭腔体内，所述样品台组件、磁场发生组件固定于相应的所述外冷腔的所述上段，所述探针组件的探针的端部伸入所述密闭腔体内并靠近所述样品台组件。

可选地，所述密闭腔体内为真空。

优选地，所述配重支架设置有两个，分别为第一配重支架、第二配重支架，所述第一配重支架与所述第一冷腔组件的所述下段固定连接，所述第二配重支架与所述第二冷腔组件的所述下段固定连接，所述第一配重支架、第二配重支架相互独立。

可选地，所述第一冷源组件与所述磁场发生组件通过第一导冷链导冷连接，所述第二冷源组件与所述样品台组件通过第二导冷链导冷连接，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

可选地，所述第一冷源组件与所述样品台组件通过第一导冷链导冷连接，所述第二冷源组件与所述磁场发生组件通过第二导冷链导冷连接，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

进一步可选地，所述第二导冷链经过所述中间波纹管延伸至所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

进一步可选地，所述第二导冷链外侧设置有导冷链冷屏，所述导冷链冷屏自所述第二冷腔中的所述冷屏经所述中间波纹管延伸至所述第一冷腔内侧。

进一步可选地，所述第一冷腔组件的所述外冷腔的所述上段的内部固定有支撑板，所述样品台组件、磁场发生组件分别固定于所述支撑板上侧；所述支撑板设置有第一通孔，所述第一通孔被构造能够使所述第一导冷链穿过所述第一通孔的形式。

优选地，所述支撑板上侧固定有样品腔，所述样品腔位于所述第一冷腔组件的所述外冷腔的内部，所述样品台组件、磁场发生组件位于所述样品腔内部，所述样品腔设置有第二通孔，所述第二通孔被构造成能够使所述第二导冷链穿过所述第二通孔的形式。

优选地，所述密闭腔体设置有观察窗，所述观察窗被构造成能够观察到所述样品台组件所支撑的样品、所述探针的端部的形式。

优选地，所述冷腔组件还包括设置于所述外冷腔内侧的冷屏，所述冷屏与所述冷源组件连接，所述导冷链至少部分地设置于所述冷屏内侧。

优选地，所述安装支架包括安装板、支撑架、隔振气垫，所述支撑架被构造成框架的形式，所述安装板设置于所示支撑架上侧，所述支撑架与所述安装板之间通过所述隔振气垫连接。

可选地，所述双冷源低温磁场探针台隔震结构还包括显微镜组件，所述显微镜组件安装于所述安装支架。

本实用新型至少具有以下有益效果：通过双冷源和相互独立的冷能传递路径，使样品台组件、磁场发生组件能够在不同的温度下工作；通过配重支架抑制冷源组件的震动，利用波纹管形成非刚性连接，避免安装支架上所直接、间接连接的样品台组件、磁场发生组件、探针组件的震动，隔绝冷源组件的震动传递到样品台组件、磁场发生组件和探针组件上，避免被测物与磁场发生组件、探针组件出现相对位移，保证了探针、磁场位置的相对固定，避免了探针接触位置、磁场位置的误差，提高了低温磁场探针台的精度。

附图说明

图1为一种低温磁场探针台隔震结构的整体结构示意图。

图2为图1所示实施例的另一角度的结构示意图。

图3为图1所示实施例的剖视图。

图4为图3的A部放大图。

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。

本实用新型提供了一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，包括探针组件100、样品台组件200、冷腔组件300、冷源组件400、磁场发生组件500、固定组件600。图1示出了一种实施方式的整体结构示意图。探针组件100用于与被测物接触，并发出、传递和接收电信号，以进行被测物的至少包括电学性能的测量和测试。样品台组件200作为一种被测物的固定方式，在使用过程中，用于对被测物提供支持，同时借助样品台组件200与被测物的接触进行冷能的传递，对被测物的温度进行调整。冷腔组件300用于营造测试环境。冷源组件400用于产生、传递、控制冷能，以供各个组件的至少包括冷却的温度变化。磁场发生组件500用于在至少包括被测物的测试区域产生磁场环境，以满足相应的测试需求。固定组件600用于对其他组件进行固定和定位。

请参阅图2、图3，冷腔组件300包括外冷腔冷屏，外冷腔包括上段311、321、下段312、322、外腔波纹管313、323，上段311、321、下段312、322之间通过外腔波纹管313、323连接，具体地说，冷腔组件包括第一冷腔组件310、第二冷腔组件320，对于第一冷腔组件310，其中的外冷腔包括上段311、下段312、外腔波纹管313，上段311、下段312通过外腔波纹管313连接并形成一中空的腔体，该腔体中至少部分地容纳冷源组件400；对于第二冷腔组件320，其结构大体上与第一冷腔组件310相同，该第二冷腔组件320的外冷腔包括上段321、下段322、外腔波纹管323，上段321、下段322通过外腔波纹管323连接并形成一中空的腔体，该腔体中至少部分地容纳冷源组件400。

在部分情况下，可以在外冷腔内侧设置冷屏316、326，并使冷屏316、326与相应的冷源组件400连接，以对冷屏316、326进行固定。当使用导冷链进行导冷时，可以使导冷链至少部分地设置于冷屏的内侧，以降低导冷链与外部环境之间的热传递。冷屏例如，第一冷腔310的外冷腔内侧设置有第一冷屏316，第二冷腔320的外冷腔内侧设置有第二冷屏326。更具体地，中空的腔体内为真空环境。

冷源组件400包括制冷机411、421、冷头412、422，冷头412、422设置在制冷机411、421上，冷头412、422用于将制冷机411、421产生的冷能向外传递。具体地，冷头可以直接从制冷机上伸出，例如冷头直接安装在制冷机上；也可以经过中间结构件向外伸出，例如冷头安装在支撑件上，并经过支撑件与制冷机相连接，并经过支撑件、管路、导冷链路与制冷机连接。请参阅图3，本实施例的附图中公开了一种制冷机与冷头的连接方式，制冷机411与冷头412之间借助一柱状结构进行结构上的连接，制冷机411产生的冷能通过制冷机412向外进一步传递。制冷机421、冷头422的连接方式也大体相似。当冷源组件400包括冷头412、422时，可以使冷头412、422设置于冷屏316、326的内侧，以减少冷头412、422与外部的热传递。

冷头设置于冷屏内，具体地，请参阅图3，冷头412设置于冷屏316内侧，冷头422设置于冷屏326内侧。需要注意的是，冷屏316、326并非必须为完整的密闭腔体的形式，而是能够大体上包围相应的冷头412、422即可。冷屏与冷源组件400固定连接，请参阅图3，冷屏316与冷源组件410固定连接，作为一种可选的实现方式，冷屏316固定在冷源组件410的外壳上，例如，冷屏316固定在冷头412与制冷机411之间的支撑结构件的外壁；冷屏326固定在冷源组件420的外壳上，例如，冷屏326固定在冷头422与制冷机421之间的支撑结构件的外壁。

固定组件600包括安装支架610、配重支架620，请参阅图2、图3，安装支架610用于固定主要组件，尤其是外冷腔的上段311、321、探针组件100，在部分情形下，安装支架610还用于固定样品台组件200、磁场发生组件500。配重支架620主要用于固定震动源，尤其是冷源组件400。需要注意的是，在某些情况下，由于震动源通常与其他组件固定连接，因而可以选择使配重支架620与相应的组件连接，从而使配重支架620与震动源间接固定连接。具体地，请参阅图3，震动源的制冷机411、412与下段312、322固定连接，下段312、322与配重支架620固定连接。

样品台组件200、磁场发生组件500固定于相应的外冷腔的上段，例如，请参阅图3、图4，样品台组件200、磁场发生组件500固定于上段311。

更加具体地，冷腔组件300、冷源组件400设置有相匹配的两组，分别为第一冷腔组件310与第一冷源组件410、第二冷腔组件320与第二冷源组件420；第一冷源组件410、第二冷源组件420中的冷头411、412，分别与磁场发生组件500、样品台组件200的其中之一通过导冷链导冷连接，尤其是，可以使磁场发生组件500、样品台组件200分别与不同的冷头导冷连接；第一冷腔组件310、第二冷腔组件320的外冷腔之间通过中间波纹管330连通；第一冷腔组件310的外冷腔、第二冷腔组件320的外冷腔、中间波纹管330、第一冷源组件410、第二冷源组件420共同围成一密闭腔体，样品台组件200、磁场发生组件500设置于密闭腔体内，探针组件100的探针的端部伸入密闭腔体内并靠近样品台组件200，从而使探针的端部能够与样品台组件200上支承的被测物接触。

在使用时，请参阅图3，通过第一冷源组件410、第二冷源组件420的双冷源和相互独立的冷能传递路径，使样品台组件200、磁场发生组件500能够在不同的温度下工作；作为震动源的冷源组件400分别与下段312、322固定连接，下段312、322与配重支架620固定连接，从而使得相应的冷源组件400与配重支架620间接固定连接，通过配重支架620抑制冷源组件400的震动。进一步地，由于下段312、322与上段311、321之间通过外腔波纹管313、323连接，由于外腔波纹管313、323为非刚性结构，能够避免下段312、322的震动传递至上段311、321，避免上段311、321的震动。配重支架620与安装支架610之间相互独立，避免了配重支架620所连接的冷源组件400的震动传递至安装支架610，进而避免安装支架610的震动，进而避免安装支架610上所直接、间接连接的样品台组件200、磁场发生组件500、探针组件100的震动，通过导冷链将冷源组件400的冷能传递至样品台组件200、磁场发生组件500，从而隔绝冷源组件400的震动对样品台组件200、磁场发生组件500的影响，避免样品台组件200上所支承的被测物与磁场发生组件500、探针组件100出现相对位移，保证了探针、磁场位置的相对固定，避免了探针接触位置、磁场位置的误差，提高了低温磁场探针台的精度。需要注意的是，即使冷源组件400中的制冷机411、412，以及冷头412、422均为震动源，由于冷源组件400与样品台组件200、磁场发生组件500、探针组件100之间不存在刚性连接，仅存在柔性连接，因此制冷机411、412，以及冷头412、422的震动均能够与样品台组件200、磁场发生组件500、探针组件100隔绝，保证了隔振效果。

请参阅图1至图3，配重支架620设置有两个，分别为第一配重支架、第二配重支架，第一配重支架与第一冷腔组件310的下段312固定连接，第二配重支架与第二冷腔组件320的下段322固定连接，第一配重支架、第二配重支架相互独立。更具体地，第一配重支架由固定板621、框架622、配重块623、支脚624组成，固定板621通过框架622支撑，配重块623可以放置于框架622，支脚624设置在框架622底部与地面接触的位置，第一冷腔组件310的下段312与固定板621固定连接，例如，在下段312外周设置法兰盘315，通过法兰盘315与固定板621固定连接，下段312上固定连接的制冷机411设置于固定板621下侧；第二配重支架由固定板625、框架626、配重块627、支脚628组成，固定板625通过框架626支撑，配重块627可以放置于框架626，支脚628设置在框架626底部与地面接触的位置，第二冷腔组件320的下段322与固定板625固定连接，例如，在下段322外周设置法兰盘325，通过法兰盘325与固定板625固定连接，下段322上固定连接的制冷机421设置于固定板625下侧。

冷头412、422与磁场发生组件500、样品台组件200通过导冷链导冷连接，可以根据实际需要，选择相应的连接方式，尤其是，可以使磁场发生组件500、样品台组件200分别与不同的冷头导冷连接。例如，第一冷源组件410的冷头412与磁场发生组件500通过第一导冷链413导冷连接，第二冷源组件420的冷头422与样品台组件200通过第二导冷链423导冷连接，样品台组件200、磁场发生组件500设置于第一冷腔组件的外冷腔内部。还可以是，第一冷源组件410的冷头412与样品台组件200通过第一导冷链导冷413连接，第二冷源组件420的冷头422与磁场发生组件500通过第二导冷链423导冷连接，样品台组件200、磁场发生组件500设置于第一冷腔组件410的外冷腔内部。

当第一冷腔组件310的上段311与第二冷腔组件320的上段321之间通过中间波纹管330连通时，请参阅图4，第二导冷链423经过中间波纹管330延伸至第一冷腔组件310的外冷腔内部，即上段311的内部，从而使第二导冷链423连接至相应的被冷却组件，例如样品台组件200、磁场发生组件500。

再进一步地，第二导冷链423的外侧设置有导冷链冷屏327，导冷链冷屏327自第二冷腔320中的冷屏326经中间波纹330管延伸至第一冷腔310内侧，请参阅图4，导冷链冷屏327尽可能多地包围了第二导冷链423，尤其是，从第二冷头412向第一冷腔310伸出的第二导冷链423的伸出冷屏326处开始，至靠近第二导冷链423连接的被冷却组件位置位置，例如，导冷链冷屏327的端部328伸入第一冷腔310的上段311的内侧。

样品台组件200、磁场发生组件500固定于相应的外冷腔的上段，下面以固定于第一冷腔组件310的外冷腔的上段311为例进行说明。请参阅图4，第一冷腔组件310的外冷腔的上段311的内部固定有支撑板801，样品台组件200、磁场发生组件500分别固定于支撑板801上侧；支撑板801设置有第一通孔802，第一通孔802被构造能够使第一导冷链413穿过第一通孔802的形式。通过上述方式，样品台组件200、磁场发生组件500通过支撑板801、第一冷腔组件310的上段311与安装支架610固定连接。更具体地，请参阅图4，样品台组件200、磁场发生组件500还可以根据需要，进一步增加相应的支撑结构，以调整样品台组件200、磁场发生组件500与支撑板801的连接形式。

请参阅图3、图4，支撑板801上侧进一步固定有样品腔803，样品腔803位于第一冷腔组件310的外冷腔的内部，样品台组件200、磁场发生组件500位于样品腔内部，以进一步隔绝与外部组件的热交换效率。样品腔803设置有第二通孔804，第二通孔804被构造成能够使第二导冷链423穿过第二通孔804的形式。更具体地，前述的导冷链冷屏327的端部328伸出至靠近第二通孔804的位置。此外，为了使探针组件100的探针101能够伸入至靠近被测物的位置，样品腔803还设置有探针孔805，探针101穿过探针孔805。

当对被测物进行测试之前，还需要使探针组件的探针的端部与被测物的相应位置接触，因而，前述的第一冷腔组件310的外冷腔、第二冷腔组件320的外冷腔、中间波纹管330、第一冷源组件410、第二冷源组件420共同围成的密闭腔体设置有观察窗317，观察窗317被构造成能够观察到样品台组件200所支撑的样品、探针101的端部的形式，例如，使观察窗317位于第一冷腔组件310的外冷腔的上段311的顶部。相应地，当设置有样品腔803时，在样品腔803的与观察窗317对应的位置，同样设置有观察窗806。

请参阅图2至图4，安装支架610包括安装板611、支撑架612、隔振气垫613，支撑架612被构造成框架的形式，安装板611设置于所示支撑架612上侧，支撑架612与安装板611之间通过隔振气垫613连接。更具体地，第一冷腔组件310的外冷腔的上段311的外侧设置有法兰盘314，上段311通过该法兰盘314与安装板611连接；第二冷腔组件320的外冷腔的上段321的外侧设置有法兰盘324，上段321通过该法兰盘324与安装板611连接。请参阅图2、图3、图4，探针组件100的探针座102固定在安装板611，探针101安装在探针座102上。在实际使用时，探针101常需要进行移动，可以通过探针座102控制探针101的移动。此外，探针座101与第一冷腔组件310的上段311之间设置有连接管，连接管的两端分别连接在探针座101和相应冷腔组件300的外壁上，探针101通过该连接管伸入至冷腔组件300内，以进一步完善密闭腔体的密封性。通过该方式，进一步隔绝了地面的震动传递至安装板611，使安装板611上安装的探针组件100、样品台组件200、磁场发生组件500、冷腔组件300的上段311、321不受到震动影响，保证设备精度。

此外，还可以在安装支架610上设置显微镜组件700，以对被测物的被测区域和探针的端部的位置、测试过程、状态等进行观察。更具体地，显微镜组件700包括显微镜701、显微镜支架702，显微镜支架702支撑显微镜701至预设位置，例如，支撑显微镜701至观察窗317、806的位置以进行观察，或移动至其他位置，以进行拆装、运输、放置等操作。更具体地，请参阅图3，显微镜支架702与安装板611连接，从而避免显微镜组件700受到震动影响，影响观察和成像效果。

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，因此以上所述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 (11)

1.一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，包括探针组件、样品台组件、冷腔组件、冷源组件、磁场发生组件、固定组件，其特征在于：所述冷腔组件包括外冷腔冷屏，所述外冷腔包括上段、下段、外腔波纹管，所述上段、下段之间通过所述外腔波纹管连接，所述固定组件包括安装支架、配重支架，所述上段与所述安装支架固定连接，所述下段与所述配重支架固定连接，所述冷源组件与所述下段固定连接；

所述冷腔组件、冷源组件设置有相匹配的两组，分别为第一冷腔组件与第一冷源组件、第二冷腔组件与第二冷源组件；所述第一冷源组件、第二冷源组件分别与所述磁场发生组件、样品台组件的其中之一通过导冷链导冷连接；所述第一冷腔组件、第二冷腔组件的所述外冷腔之间通过中间波纹管连通；所述第一冷腔组件的所述外冷腔、所述第二冷腔组件的所述外冷腔、所述中间波纹管、所述第一冷源组件、所述第二冷源组件共同围成一密闭腔体，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述密闭腔体内，所述样品台组件、磁场发生组件固定于相应的所述外冷腔的所述上段，所述探针组件的探针的端部伸入所述密闭腔体内并靠近所述样品台组件。

2.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述配重支架设置有两个，分别为第一配重支架、第二配重支架，所述第一配重支架与所述第一冷腔组件的所述下段固定连接，所述第二配重支架与所述第二冷腔组件的所述下段固定连接，所述第一配重支架、第二配重支架相互独立。

3.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述第一冷源组件与所述磁场发生组件通过第一导冷链导冷连接，所述第二冷源组件与所述样品台组件通过第二导冷链导冷连接，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

4.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述第一冷源组件与所述样品台组件通过第一导冷链导冷连接，所述第二冷源组件与所述磁场发生组件通过第二导冷链导冷连接，所述样品台组件、磁场发生组件设置于所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

5.如权利要求3或4任一项所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述第二导冷链经过所述中间波纹管延伸至所述第一冷腔组件的所述外冷腔内部。

6.如权利要求5所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述第二导冷链外侧设置有导冷链冷屏，所述导冷链冷屏自所述第二冷腔中的所述冷屏经所述中间波纹管延伸至所述第一冷腔内侧。

7.如权利要求3或4任一项所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述第一冷腔组件的所述外冷腔的所述上段的内部固定有支撑板，所述样品台组件、磁场发生组件分别固定于所述支撑板上侧；所述支撑板设置有第一通孔，所述第一通孔被构造能够使所述第一导冷链穿过所述第一通孔的形式。

8.如权利要求7所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述支撑板上侧固定有样品腔，所述样品腔位于所述第一冷腔组件的所述外冷腔的内部，所述样品台组件、磁场发生组件位于所述样品腔内部，所述样品腔设置有第二通孔，所述第二通孔被构造成能够使所述第二导冷链穿过所述第二通孔的形式。

9.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述双冷源低温磁场探针台隔震结构还包括显微镜组件，所述显微镜组件安装于所述安装支架。

10.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述冷腔组件还包括设置于所述外冷腔内侧的冷屏，所述冷屏与所述冷源组件连接；所述冷源组件还包括冷头，所述冷头设置于所述冷屏的内侧。

11.如权利要求1所述的一种双冷源低温磁场探针台隔震结构，其特征在于：所述安装支架包括安装板、支撑架、隔振气垫，所述支撑架被构造成框架的形式，所述安装板设置于所示支撑架上侧，所述支撑架与所述安装板之间通过所述隔振气垫连接。