CN2837830Y

CN2837830Y - 用于超高真空扫描隧道显微镜系统的减震台

Info

Publication number: CN2837830Y
Application number: CNU2005201133011U
Authority: CN
Inventors: 王健; 蔡伟伟; 梁学锦; 刘慧�; 陈东敏; 薛其坤
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2015-07-11

Abstract

本实用新型公开了一种用于超高真空STM系统的新型气动减震台，包括：三条空气腿、三个钢罩和三角形支架，钢罩垂直安装在三角形支架的三个角上，所述钢罩为半包围形，并分别套装所述三条空气腿上，所述三角支架上在靠近三个角的位置上分别还安装有支撑超高真空系统的支撑板，所述支撑板距地的高度低于所述空气腿的高度。本实用新型的有益效果是，整体结构更加简洁有效，加工制作和操作使用变得更为容易，成本得到降低，兼容性得到提高，因此可应用于多种超高真空扫描隧道显微镜(STM)系统。

Description

用于超高真空扫描隧道显微镜系统的减震台

技术领域

本实用新型涉及一种减震台，适用于带有扫描隧道显微镜(STM)的超高真空(UHV)系统。

背景技术

扫描隧道显微镜(STM)是利用电子的量子隧穿行为，通过测量针尖与样品间的微弱电流信号来表征样品表面原子级形貌的设备。超高真空系统是指在人造的超高真空的环境下，对样品进行生长、表征和物性测量的系统。当前，配有STM的超高真空系统已应用在半导体、物理、化学、材料和生物科学等各个研究领域。由于STM针尖和样品之间的小电流与针尖到样品的距离成指数关系(在纳米尺度)，任何针尖对样品的微小震动都会给电流信号引入大的机械噪声，使相应的形貌像失真。因此STM系统需要振动隔离。

STM中振动隔离的原理可由单自由度的振动系统模型给出。STM单元的自然频率记作f_s，振动隔离系统的自然频率记作f₁，对于频率f的振动，f_s＞f＞f₁，总体传递函数为：

K (f) = {(\frac{f}{f_{s}})}^{2} {(\frac{f_{1}}{f})}^{2} = {(\frac{f_{1}}{f_{s}})}^{2}

(将外界振动与内部物质振动振幅之比定义为传递函数)。为了达到原子分辨率，STM的总体传递函数需要10^-6(120dB)或更佳。因此考虑减震的关键是隔离系统的低自然频率与STM单元的高自然频率。通常STM单元部分，包括步进电机，扫描管和STM针尖，作为一个整体可以比较容易地做到2KHz以上。因此隔离系统的低自然频率如果能达到2Hz就能出好的原子分辨。所谓的振动隔离系统通常有两种方式：一、STM单元与安放它的超高真空系统相隔离；二、整个超高真空系统与外部环境相隔离。很多场合下，STM单元不能很好地与安放它的超高真空系统相隔离，因此对于整个系统的振动隔离就显得尤为重要。

气动减震台就是当前常用的一种超高真空系统振动隔离装置。一般由四个空气腿支撑一金属四方平台构成。超高真空系统落在平台之上。所谓空气腿，是一种内部可充入高压气体的金属柱状物。其上部是由气体支撑的托盘。托盘上支撑着四方平台。空气腿中的气压视超高真空系统的重量而定。外界传来的振动，可使托盘相应振动，其机制类似弹簧振子。当托盘下降时，空气腿自动充入气体使其上升，当托盘上升时，空气腿排出气体使其下降。这就是其减震原理。而金属四方平台是以金属板材为主体结构的用于支撑超高真空系统的平台。由于这种减震平台可实现1-2Hz的自然频率，所以得到广泛应用。(环境振动的典型频率10-200Hz，对STM的运行这是最有害的频率)然而这种设计也有一定缺陷：一、对于常用的三体结构的超高真空系统，用四角平台支撑，在结构稳定性和操作性上都不是最佳；二、对于某些结构复杂的超高真空系统，这种四方金属平台的设计会显得过分复杂和不便；三、对于质量很大的超高真空系统，金属板材并不是理想的承重材料；四、对于超高真空系统中某些较高的设备，如低温杜瓦等，要使其重心落在较低的位置，存在较大困难。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于超高真空STM系统的新型气动减震台，该减震台结构简洁，灵活度大，节约了成本的同时提升了应用空间，特别适用于三体结构的超高真空系统。

为实现上述目的，本实用新型一种用于超高真空STM系统的新型气动减震台包括：三条空气腿、三个钢罩和三角形支架，钢罩垂直安装在三角形支架的三个角上，所述钢罩为半包围形，并分别套装所述三条空气腿上，所述三角支架上在靠近三个角的位置上分别还安装有支撑超高真空系统的支撑板，所述支撑板距地的高度低于所述空气腿的高度。

进一步地，所述三角形支架是由矩形不锈钢管构成的镂空式支架，在所述支架和所述钢罩之间还固定有斜拉。

进一步地，所述三角支架上还安装一由不锈钢管组成的支撑架，支撑架上固定有一平台，该平台上还安装有四个可调节高度的圆柱支撑。

本实用新型的有益效果是，整体结构更加简洁有效，加工制作和操作使用变得更为容易，成本得到降低，兼容性得到提高，因此可应用于多种超高真空扫描隧道显微镜(STM)系统。

附图说明

图1是空气腿支撑示意图。

图2是本实用新型示意图。

图3是本实用新型空气腿部分的放大视图。

图4是图3的右视图。

图5是超高真空STM与MBE联合系统使用本实用新型的示意图。

具体实施方式：

如图1所示，空气腿1彼此间距为B，那么对于空气腿顶部托盘18上支撑的设备，如果其重心落在2所示的三角区域内，那么这个气动支撑体系就是稳定的。如图2、3、4所示，本实用新型包括：三条空气腿1、三个不锈钢罩10和由316或304无磁不锈钢制的矩形不锈钢管构成的镂空式三角形支架3，不锈钢罩10垂直安装在三角形支架3的三个角上，在三角支架3和不锈钢罩10之间还固定有斜拉8，矩形钢管支架3焊接在连接钢板11上，斜拉8的一端焊接在三角支架3上，另一端焊接在连接钢板11上，连接钢板11通过螺钉9安装在不锈钢罩10上，这种结构的好处是整个减震台便于拆卸、安装和改进；不锈钢罩10为半包围形，分别套装三条空气腿1上，三角支架3上在靠近三个角的位置上分别还安装有支撑超高真空系统的支撑板4、5、6，支撑板4、5、6距地的高度低于空气腿1的高度，这样可使真空系统的重心下移，提升了真空系统的设计空间，因此真空系统可做得更高，支撑板4、5、6上还开有螺纹口，用来固定和调节所支撑的设备；三角支架3上还安装一由不锈钢管组成的支撑架13，支撑架13上固定有一平台19，该平台19上还安装有四个圆柱支撑12，用来调节高度。这样，整个超高真空系统的重量就分别落到各个支撑板4、5、6上，并最终通过三角支架3将重量转移到空气腿1的顶部。对于三体结构的超高真空系统，每一部分的重量主要由一条腿来承担，而且每条腿内的空气压力又可单独调节，所以这种三角设计在力学上最为稳定，在设计三角结构时，计算超高真空系统的重心，使得重心所在的铅垂线尽量接近三角结构的中心。

如图5所示，是超高真空极低温、强磁场、双探针STM和分子束外延(MBE)联合系统使用本实施例的示意图。该系统为三体结构，分析室14、MBE生长室15和可低温加磁场的STM室16，分别安装在图2中的支撑板4、5、6上，同时，用于维持STM室超高真空的真空泵系统17落在圆柱支撑12上，并通过竖直的支撑架13将重量传递到减震台的最底面即承重面上，进而通过不锈钢管三角支架3与不锈钢罩10的连接，将重量压在了空气腿1顶部的托盘18上。经测试，双探针STM工作正常，减震台效果良好。

Claims

1、一种用于超高真空扫描隧道显微镜系统的减震台，其特征在于，包括：三条空气腿、三个钢罩和三角形支架，钢罩垂直安装在三角形支架的三个角上，所述钢罩为半包围形，并分别套装所述三条空气腿上，所述三角支架上在靠近三个角的位置上分别还安装有支撑超高真空系统的支撑板，所述支撑板距地的高度低于所述空气腿的高度。

2、根据权利要求1所述的一种用于超高真空扫描隧道显微镜系统的减震台，其特征在于，所述三角形支架是由矩形不锈钢管构成的镂空式支架，在所述支架和所述钢罩之间还固定有斜拉。

3、根据权利要求1或2所述的一种用于超高真空扫描隧道显微镜系统的减震台，其特征在于，所述三角支架上还安装一由不锈钢管组成的支撑架，支撑架上固定有一平台，该平台上还安装有四个可调节高度的圆柱支撑。