一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，由主腔體(21)、閥門(22)、法蘭(23)、觀察窗(24)、離子規(guī)(25)、樣品架(32)、樣品加熱裝置(33)、磁力桿(34)、SAES吸氣劑泵(42)及其所在小腔體(41)組成。本實用新型是在超高真空條件轉移樣品的不銹鋼獨立腔體，實現(xiàn)類似于原位測量的效果。該腔體可以整合材料生長設備與測量儀器等資源，有效增加不同實驗室之間的合作機會。本實用新型設計簡單、成本較低、功能強大?？梢越o樣品進行簡單的退火處理。本實用新型實現(xiàn)了樣品生長設備與測試儀器的空間分離，給實驗研究與合作帶來了更多的可能性。
【專利說明】一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于真空系統(tǒng)腔體設計【技術領域】，具體涉及一種用于在超高真空條件 下，轉移材料樣品的可拆除式獨立真空腔體。

【背景技術】
[0002] 生長以及制備新型材料（諸如一些單晶、粉末、薄膜氧化物以及數(shù)量不斷增加的 器件）已成為非常熱門的研究課題。開展新型材料的實驗研究具有重大科學意義以及廣闊 應用前景，研究這些材料性質通常需要使用表征設備對該材料的性能進行測試。多數(shù)情況 下，材料生長設備與表征儀器是兩套獨立的裝置，此時很難對材料制備情況進行準確的實 時監(jiān)測，同時生長和測量這些材料都需要在超高真空條件下進行。目前比較常用的方法是 將這兩套裝置連接到一起，進行原位測量（原位測量指科學實驗中實時的測試分析），但是 這需要相對較大的實驗場地，同時又給合作研究帶來了諸多的不便。如何才能保證在超高 真空的條件下，將生長出的薄膜成功轉移到測量系統(tǒng)中是亟待解決的問題。
[0003] 基于這種情況，我們設計了一種可拆除式獨立真空腔體，用于保持超高真空條件 轉移單晶或者薄膜等材料。這種可拆除式獨立真空腔體不僅設計制造成本低，而且能夠在 較高的真空條件下轉移樣品，同時還具有給樣品輔助加熱（退火）的功能。該裝置能夠將 不同課題組制備的樣品，轉移到具有測量儀器的實驗室，這樣可以整合不同實驗室的資源， 進一步加寬加深實驗研究與合作。在我們這種開放型的國家同步輻射實驗室里，特別適合 實驗用戶采用該裝置。由于表征材料的實驗儀器非常普遍，所以這種改進型的真空腔體有 很大的應用空間。
[0004] 因此，針對現(xiàn)有技術不足。一種改進的實驗裝置，特別是能夠保證超高真空條件轉 移薄膜樣品的真空腔體替代原位測量已經顯得非常有必要。


【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型要解決的技術問題為：克服現(xiàn)有技術不足，提供一種結構簡單、成本低 廉、在超高真空條件轉移樣品的不銹鋼獨立腔體，實現(xiàn)類似于原位測量的效果。該腔體可以 整合材料生長設備與測量儀器等資源，有效增加不同實驗室之間的合作機會。
[0006] 本實用新型采用的的技術方案為：一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空 腔體，其特征在于：由主腔體、閥門、法蘭、觀察窗、離子規(guī)、樣品架、樣品加熱裝置、磁力桿、 SAES吸氣劑泵及其所在小腔體組成，樣品架用于放置樣品，樣品加熱裝置用于簡單加熱處 理樣品，在主腔體頂部和底部，預留有足夠空間以便于樣品架上下自由移動時不會觸碰到 主腔體內壁；對于磁力桿，要求上下可移動范圍要超過樣品架與加熱裝置之間的距離，同時 還要求磁力桿能夠360度旋轉，這樣每一個樣品槽都能與法蘭對齊以方便傳入以及傳出樣 品；SAES吸附泵所在小腔體與主腔體由閥門相連，該小腔體留有足夠的空間，以全面發(fā)揮 吸附泵的功效，從而保持該可拆除式獨立真空腔體的主腔體達到l〇_9mbar的真空度。
[0007] 進一步的，主腔體上預留出一個觀察窗，方便觀察腔體內部情況，法蘭高度與觀察 窗一致。
[0008] 進一步的，主腔體上預留出一個離子規(guī)，方便實時觀測腔體內部真空度。
[0009] 進一步的，樣品架上每隔120度就有一個樣品槽，一個樣品架同時可放置三個樣 品托，樣品托上放置樣品，如有需要還可以再添加一個樣品架，此時最多同時可以放置六個 樣品托。
[0010] 進一步的，樣品加熱裝置上由鎢絲提供加熱，鎢絲兩端導線采用陶瓷墊片與金屬 部分隔離，鎢絲四周采用四小塊金屬材料圍成一個密閉的小空間。
[0011] 本實用新型與現(xiàn)有技術的優(yōu)點在于：
[0012] 本實用新型設計簡單、成本較低、功能強大。
[0013] 本實用新型可以給樣品進行簡單的退火處理。
[0014] 本實用新型實現(xiàn)了樣品生長設備與測試儀器的空間分離，給實驗研究與合作帶來 了更多的可能性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體的使用流程 圖。
[0016] 圖2是本實用新型一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體的結構系統(tǒng) 裝配圖，圖2A是整個獨立腔體14的主視圖；圖2B是沿著aa方向的剖面圖；圖2C是沿著 bb方向的剖面；圖2D是本發(fā)明結構系統(tǒng)裝配圖。
[0017] 圖3是本實用新型一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體中樣品架及 磁力桿零件圖，圖3A展示樣品托31以及放置樣品托的樣品架32裝配示意圖；圖3B是樣品 托31及其加熱裝置33爆炸視圖；圖3C是主腔體21中調節(jié)樣品架32高度的磁力桿34示 意圖。
[0018] 圖4是本實用新型一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體中吸附泵及 腔體示意圖，圖4A是SAES吸附泵所在腔體41 ;圖4B是SAES吸附泵示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 在以下描述中，出于解釋的目的，有些細節(jié)被提出以提供對本實用新型的全面理 解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的，采用本實用新型的某些或全部特征可以實 施本實用新型，不需要某些特定細節(jié)也可以實施本實用新型。在其他情況下，以框圖的形式 顯示公知的結構和設備以防止晦澀本實用新型的基本原則。
[0020] 應當理解，圖1到圖4僅僅是示意性的并且可以不按比例繪制。
[0021] 本實用新型設計了一種能夠轉移樣品用的獨立腔體，下面結合附圖，對本實用新 型的【具體實施方式】做詳細描述：
[0022] 圖1是本實用新型的使用流程圖。通常情況下，樣品生長系統(tǒng)11(例如脈沖激光 沉積裝置）與樣品測試系統(tǒng)13經過渡段12直接連接，樣品生長系統(tǒng)11中制備的樣品經過 渡段12可以直接傳送至樣品測試系統(tǒng)13中，能保證樣品在超高真空條件下進行原位測量， 但這種方法需要將兩套系統(tǒng)連接到一起，這給實驗研究帶來了諸多不便。我們設計一個獨 立腔體14,可先將該獨立腔體14安置在樣品生長系統(tǒng)11上，生長的樣品便可以轉移到獨立 腔體14中，然后再將含有樣品的獨立腔體14與樣品生長系統(tǒng)11分離進而連接到樣品測試 系統(tǒng)13上，該獨立腔體14中樣品便可以轉移到樣品測試系統(tǒng)13中，開展所需要的測試工 作。在本實用新型中，獨立腔體14代替了過渡段12,能夠保證樣品在超高真空條件下從樣 品生長系統(tǒng)11轉移到樣品測試系統(tǒng)13中，實現(xiàn)樣品生長系統(tǒng)11與樣品測試系統(tǒng)13的分 離。本實用新型能夠很好的整合不同實驗室之間的資源，提高實驗研究與合作的效率。
[0023] 圖2是本發(fā)明的結構系統(tǒng)裝配圖。圖2A是整個獨立腔體14的主視圖，獨立腔體 14主要包括主腔體21。圖2B是沿著aa方向的剖面圖，該剖面視圖詳細描述主腔體21內 部的情況，樣品架32、樣品加熱裝置33位于主腔體21內部，樣品架32主要用于放置樣品托 31，樣品加熱裝置33位于樣品架32下方；當樣品需要進行加熱處理時，使用磁力桿34將整 個樣品架32連同加熱裝置33向上移動一段距離以保證加熱裝置33與腔體法蘭23在同樣 高度，這樣才能順利傳入傳出樣品托31 ;同時主腔體21內部預留有足夠空間以便于樣品架 32向上移動時不會觸碰到主腔體21內部。圖2C是沿著bb方向的剖面，該圖更加詳細的 描述主腔體21中樣品架32、SAES吸附泵42及其所在小腔體41內部情況，樣品架32上每 隔120度就有一個樣品槽，一個樣品架最多放置三個樣品托31，調節(jié)磁力桿34使得樣品架 32能夠360度旋轉，這樣每一個樣品槽都能與法蘭23對齊以方便傳入以及傳出樣品托31 ; SAES吸附泵42所在腔體41與主腔體21相連，該腔體41預留了很多剩余空間以全面發(fā)揮 吸附泵的功效，從而保持獨立腔體14具有很好的真空度。圖2D更加直觀展現(xiàn)了本發(fā)明由 主腔體21、閥門22、法蘭23、觀察窗24、離子規(guī)25、樣品托31、樣品架32、樣品加熱裝置33、 磁力桿34、SAES吸氣劑泵42及所在小腔體41組成。主腔體21上預留出一個觀察窗24， 方便觀察腔體內部情況。
[0024] 圖3是系統(tǒng)中樣品架及磁力桿零件圖。圖3A展示樣品托31以及放置樣品托的樣 品架32裝配示意圖。樣品托31采用無氧銅材質，抓取樣品托31時可以先固定左端突出的 部分，薄膜或者單晶樣品固定在樣品托31中間凸起的地方；樣品架32上每隔120度就有 一個樣品槽用于放置樣品托31，同時可以盛放三個樣品托31，如果不能夠滿足實驗需求， 還可以在磁力桿34底部再添加樣品架32,這樣一共能夠放置六個樣品托，足以滿足大多數(shù) 實驗要求。圖3B是樣品托31及其加熱裝置33爆炸視圖。該裝置中由鎢絲給樣品托31加 熱，可以給樣品托31加熱到幾百攝氏度，鎢絲的兩端引出兩根導線，導線從磁力桿的內部 連接到主腔體21外部，鎢絲與不銹鋼腔體交叉部分用陶瓷墊片絕緣。樣品托底部四周采用 不銹鋼板隔離出一個獨立空間用于給樣品托31加熱（為了方便觀察已經把該圖中的前擋 板省去）。圖3C是主腔體21中調節(jié)樣品架32高度的磁力桿34示意圖。磁力桿34采用 Huntington公司的產品，磁力桿34可以根據(jù)我們的需要加長線性移動范圍。由于樣品架 32需要360度旋轉，所以要求磁力桿34具有360度旋轉功能。
[0025] 圖4是系統(tǒng)中吸附泵及小腔體示意圖。圖4A是SAES吸附泵所在腔體41，該腔 體預留了足夠的空間以備吸附泵42能夠發(fā)揮很好的作用。圖4B是SAES吸附泵示意圖。 吸附泵42采用The CapaciTorr D200型非蒸散型吸附泵（NEG)，該吸附泵42由高性能 Stl72 (Zr-V-Fe)合金材料構成，合金充當吸氣劑與活性氣體結合。該型號的吸附泵適用于 體積較小的腔體，盡管抽速不大，但是對于氫氣以及一氧化碳的抽速比較顯著，分別達到了 2001/s、1401/s。該吸附泵42可以維持系統(tǒng)較高的真空度，同時與CF35相連接，這樣容易 與主腔體21連接。
[0026] 獨立腔體結構簡單，較為輕便，能夠很好的轉移實驗樣品。根據(jù)以上設計，完成獨 立腔體的設計還需要購置一些零配件，具體請見表1。
[0027] 表1獨立腔體所需零配件
[0028]

【權利要求】
1. 一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，其特征在于：由主腔體（21)、閥 門（22)、法蘭（23)、觀察窗（24)、離子規(guī)（25)、樣品架（32)、樣品加熱裝置（33)、磁力桿 (34)、SAES吸氣劑泵（42)及其所在小腔體（41)組成，樣品架（32)用于放置樣品，樣品加熱 裝置（33)用于簡單加熱處理樣品，在主腔體（21)頂部和底部，預留有足夠空間以便于樣品 架（32)上下自由移動時不會觸碰到主腔體（21)內壁；對于磁力桿（34)，要求上下可移動 范圍要超過樣品架（32)與加熱裝置（33)之間的距離，同時還要求磁力桿（34)能夠360度 旋轉，這樣每一個樣品槽都能與法蘭（23)對齊以方便傳入以及傳出樣品；SAES吸附泵（42) 所在小腔體（41)與主腔體（21)由閥門（22)相連，該小腔體（41)留有足夠的空間，以全面 發(fā)揮吸附泵的功效，從而保持該可拆除式獨立真空腔體（14)的主腔體（21)達到KT9mbar 的真空度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，其特征在 于：主腔體（21)上預留出一個觀察窗（24)，方便觀察腔體內部情況。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，其特征在 于：主腔體（21)上連接了一個離子規(guī)（25)，方便實時觀測腔體內部真空度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，其特征在 于：樣品架（32)上每隔120度就有一個樣品槽，一個樣品架可以放置三個樣品托（31)，樣 品托（31)上放置樣品。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有原位測量效果的可拆除式獨立真空腔體，其特征在 于：樣品加熱裝置（33)由鎢絲加熱，鎢絲兩端導線由陶瓷墊片與金屬部分絕緣。
【文檔編號】B65D81/20GK204137584SQ201420623063
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月25日 優(yōu)先權日:2014年10月25日
【發(fā)明者】孔帥, 孫喆, 崔勝濤, 居賽龍, 張國斌 申請人:中國科學技術大學