本發(fā)明涉及高質(zhì)量二維薄膜材料的制備，尤其涉及一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架。

背景技術(shù)：

1、在高質(zhì)量二維薄膜材料的制備和表征領(lǐng)域，由于大氣會(huì)影響薄膜材料的制備質(zhì)量和物理性質(zhì)，因此需要真空環(huán)境。一般來說，真空度越高，材料制備質(zhì)量越高，同時(shí)材料的性質(zhì)越不容易被改變。薄膜材料的制備設(shè)備有分子束外延(mbe)、脈沖激光沉積(pld)等，表征設(shè)備有掃描隧道顯微鏡(stm)、角分辨光電子能譜(arpes)等。

2、材料的制備需要一個(gè)襯底，將襯底傳入材料生長設(shè)備內(nèi)進(jìn)行材料生長，制備出一個(gè)樣品，再將該樣品傳遞到材料表征設(shè)備內(nèi)進(jìn)行材料的性質(zhì)測(cè)量、表征。但是研究人員無法將手伸進(jìn)真空系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)樣品進(jìn)行傳遞和操縱，因此需要樣品架(即可以安放襯底或樣品的小裝置)和傳樣機(jī)制(即在真空內(nèi)傳遞和操縱樣品架的方式)代替研究人員的手在真空內(nèi)移動(dòng)和控制樣品。

3、目前在超高真空系統(tǒng)(尤其是分子束外延、掃描隧道顯微鏡、角分辨光電子能譜等設(shè)備)中，有幾種相對(duì)普適、通用的樣品架結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中的樣品架在變溫測(cè)量的過程中，容易出現(xiàn)螺絲松動(dòng)的問題，變溫穩(wěn)定性較差，從而影響精密的電子學(xué)測(cè)量(如掃描隧道顯微鏡的測(cè)量等)，本專利申請(qǐng)即對(duì)其中一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)改造，可以大幅度提高其變溫穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明提供一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，包括頂部連接件和中間陶瓷件、第一電極、第二電極和第三電極，所述頂部連接件通過第一螺栓固定在中間陶瓷件的頂端中間位置，第一電極、第二電極和第三電極均勻分布在頂部連接件的周圍，且與中間陶瓷件固定，中間陶瓷件的底端分別固定有第一電學(xué)接口、第二電學(xué)接口和第三電學(xué)接口，第一電學(xué)接口位于第一電極的正下方且與第一電極電學(xué)連接，第二電學(xué)接口位于第二電極的正下方且與第二電極電學(xué)連接，第三電學(xué)接口位于第三電極的正下方且與第三電極電學(xué)連接，第一電極、第二電極和第三電極之間相互絕緣，第三電極與頂部連接件固定，中間陶瓷件的底端固定有樣品，且第一電學(xué)接口和第二電學(xué)接口均與樣品接觸。

4、優(yōu)選地，所述第一電極、第二電極和第三電極均通過兩根第二螺栓與中間陶瓷件固定，且第一電學(xué)接口、第二電學(xué)接口和第三電學(xué)接口也通過第二螺栓與中間陶瓷件，第二螺栓起到電學(xué)連接的作用。

5、優(yōu)選地，所述中間陶瓷件的頂端位于頂部連接件外側(cè)固定有隔離凸環(huán)，隔離凸環(huán)將第一電極和第二電極與頂部連接件分隔開。

6、優(yōu)選地，所述第三電極的底端開設(shè)有與隔離凸環(huán)對(duì)應(yīng)的凹槽，隔離凸環(huán)卡在凹槽內(nèi)。

7、優(yōu)選地，所述頂部連接件為圓柱體結(jié)構(gòu)，頂部連接件上固定有抓取圓棒，抓取圓棒水平貫穿頂部連接件，且抓取圓棒的兩端延伸至頂部連接件外部。

8、優(yōu)選地，所述頂部連接件的頂端開設(shè)有定位孔，抓取圓棒的中間位置開設(shè)有第一鎖定螺紋孔，定位孔內(nèi)安裝有第三螺栓，第三螺栓的底端延伸至第一鎖定螺紋孔內(nèi)。

9、優(yōu)選地，所述第一電極、第二電極和第三電極遠(yuǎn)離頂部連接件的一側(cè)均固定有定位凸起。

10、優(yōu)選地，所述第一電學(xué)接口和第二電學(xué)接口的底端均通過第四螺栓固定有壓片，兩個(gè)壓片分別從樣品的底端兩側(cè)將樣品壓緊固定在第一電學(xué)接口和第二電學(xué)接口的底端。

11、優(yōu)選地，所述頂部連接件的頂端開設(shè)有貫通的第二鎖定螺紋孔，抓取圓棒通過第二鎖定螺紋孔貫穿頂部連接件，且抓取圓棒的外部設(shè)有與第二鎖定螺紋孔對(duì)應(yīng)的外螺紋。

12、優(yōu)選地，所述第三電學(xué)接口的厚度低于第一電學(xué)接口和第二電學(xué)接口的厚度，第一螺栓的底端固定有支撐件，第三電學(xué)接口的底端與支撐件的底部齊平，且第三電學(xué)接口和支撐件的底端之間通過第四螺栓固定有支撐板，支撐板靠近樣品的一側(cè)設(shè)有金箔，樣品靠近支撐板的一側(cè)涂有一層銦，樣品與支撐板之間通過鉑絲連接，支撐板為0.5mm厚的鉬板，金箔的厚度為0.1mm。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1、通過將第三電極與頂部連接件設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，并利用第三電極上方的兩個(gè)第二螺栓和中間陶瓷件下方的第一螺栓共同固定頂部連接件與中間陶瓷件，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種設(shè)計(jì)避免了頂部連接件與中間陶瓷件之間的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得連接更加牢固。

15、2、有技術(shù)中頂部連接件與中間陶瓷件之間僅僅通過中間陶瓷件底端安裝的第五螺栓進(jìn)行固定，如果只是采用一個(gè)螺絲會(huì)產(chǎn)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致頂部連接件與中間陶瓷件無法相互固定，所以現(xiàn)有設(shè)計(jì)采用三個(gè)第五螺栓，但是空間有限，只能擺放開m1.2的，本方案中間陶瓷件底端使用了更大的螺絲(如m1.6或更大)，增強(qiáng)了螺絲螺紋處的咬合穩(wěn)定性，減少了滑絲的風(fēng)險(xiǎn)。

16、3、隔離凸環(huán)卡在第三電極的凹槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了三面接觸，增加了摩擦力，使得結(jié)構(gòu)在升溫降溫過程中都能保持穩(wěn)定的咬合，進(jìn)一步提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

17、4、考慮到不同材質(zhì)(如鉬、陶瓷、鈦)在變溫過程中的熱脹冷縮差異，本設(shè)計(jì)通過兩個(gè)平面的三個(gè)螺絲往中間壓的方式，更好地克服了這種差異，使得結(jié)構(gòu)在變溫過程中更加穩(wěn)定。

18、5、樣品通過其表面的銦、鉑絲、金箔可與第三電學(xué)接口連接，第三電極能夠利用起來，為樣品施加背柵壓調(diào)控，可以擴(kuò)展儀器的測(cè)量功能。

技術(shù)特征：

1.一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，包括頂部連接件(1)和中間陶瓷件(4)、第一電極(2)、第二電極(201)和第三電極(202)，其特征在于：所述頂部連接件(1)通過第一螺栓(402)固定在中間陶瓷件(4)的頂端中間位置，第一電極(2)、第二電極(201)和第三電極(202)均勻分布在頂部連接件(1)的周圍，且與中間陶瓷件(4)固定，中間陶瓷件(4)的底端分別固定有第一電學(xué)接口(501)、第二電學(xué)接口(502)和第三電學(xué)接口(5)，第一電學(xué)接口(501)位于第一電極(2)的正下方且與第一電極(2)電學(xué)連接，第二電學(xué)接口(502)位于第二電極(201)的正下方且與第二電極(201)電學(xué)連接，第三電學(xué)接口(5)位于第三電極(202)的正下方且與第三電極(202)電學(xué)連接，第一電極(2)、第二電極(201)和第三電極(202)之間相互絕緣，第三電極(202)與頂部連接件(1)固定，中間陶瓷件(4)的底端固定有樣品(6)，且第一電學(xué)接口(501)和第二電學(xué)接口(502)均與樣品(6)接觸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述第一電極(2)、第二電極(201)和第三電極(202)均通過兩根第二螺栓(204)與中間陶瓷件(4)固定，且第一電學(xué)接口(501)、第二電學(xué)接口(502)和第三電學(xué)接口(5)也通過第二螺栓(204)與中間陶瓷件(4)，第二螺栓(204)起到電學(xué)連接的作用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述中間陶瓷件(4)的頂端位于頂部連接件(1)外側(cè)固定有隔離凸環(huán)(401)，隔離凸環(huán)(401)將第一電極(2)和第二電極(201)與頂部連接件(1)分隔開。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述第三電極(202)的底端開設(shè)有與隔離凸環(huán)(401)對(duì)應(yīng)的凹槽(205)，隔離凸環(huán)(401)卡在凹槽(205)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述頂部連接件(1)為圓柱體結(jié)構(gòu)，頂部連接件(1)上固定有抓取圓棒(3)，抓取圓棒(3)水平貫穿頂部連接件(1)，且抓取圓棒(3)的兩端延伸至頂部連接件(1)外部。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述頂部連接件(1)的頂端開設(shè)有定位孔(303)，抓取圓棒(3)的中間位置開設(shè)有第一鎖定螺紋孔(301)，定位孔(303)內(nèi)安裝有第三螺栓(302)，第三螺栓(302)的底端延伸至第一鎖定螺紋孔(301)內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述第一電極(2)、第二電極(201)和第三電極(202)遠(yuǎn)離頂部連接件(1)的一側(cè)均固定有定位凸起(203)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述第一電學(xué)接口(501)和第二電學(xué)接口(502)的底端均通過第四螺栓(602)固定有壓片(601)，兩個(gè)壓片(601)分別從樣品(6)的底端兩側(cè)將樣品(6)壓緊固定在第一電學(xué)接口(501)和第二電學(xué)接口(502)的底端。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述頂部連接件(1)的頂端開設(shè)有貫通的第二鎖定螺紋孔(305)，抓取圓棒(3)通過第二鎖定螺紋孔(305)貫穿頂部連接件(1)，且抓取圓棒(3)的外部設(shè)有與第二鎖定螺紋孔(305)對(duì)應(yīng)的外螺紋(304)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，其特征在于：所述第三電學(xué)接口(5)的厚度低于第一電學(xué)接口(501)和第二電學(xué)接口(502)的厚度，第一螺栓(402)的底端固定有支撐件(403)，第三電學(xué)接口(5)的底端與支撐件(403)的底部齊平，且第三電學(xué)接口(5)和支撐件(403)的底端之間通過第四螺栓(405)固定有支撐板(404)，支撐板(404)靠近樣品(6)的一側(cè)設(shè)有金箔，樣品(6)靠近支撐板(404)的一側(cè)涂有一層銦，樣品(6)與支撐板(404)之間通過鉑絲連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可調(diào)柵壓的真空用樣品架，包括頂部連接件和中間陶瓷件、第一電極、第二電極和第三電極，所述頂部連接件通過第一螺栓固定在中間陶瓷件的頂端中間位置，第一電極、第二電極和第三電極均勻分布在頂部連接件的周圍，且與中間陶瓷件固定，中間陶瓷件的底端分別固定有第一電學(xué)接口、第二電學(xué)接口和第三電學(xué)接口。本發(fā)明通過將第三電極與頂部連接件設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，并利用第三電極上方的兩個(gè)第二螺栓和中間陶瓷件下方的第一螺栓共同固定頂部連接件與中間陶瓷件，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種設(shè)計(jì)避免了頂部連接件與中間陶瓷件之間的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得連接更加牢固。

技術(shù)研發(fā)人員：趙大鵬,林海城,劉充,常凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京量子信息科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26