本发明专利技术公开了一种原位表征系统分子束外延生长源的伸长装置，它包括有支撑套（11）、限孔盲板（14）、大齿轮（12）、小齿轮（15）、旋转杆（17）和延伸管（28），在支撑套的管腔（11a）的口部装有限孔盲板（14），管腔（11a）内部装有相互啮合的大齿轮（12）和小齿轮（15），旋转杆（17）靠近管腔（11a）内侧壁，小齿轮（15）固定在旋转杆（17）中段，限孔盲板（14）中心开有分子束通孔（35），大齿轮（12）在转轴侧边沿轴向开有分子束过孔（35），延伸管（28）固定插接在支撑套（11）的管筒（11b）内。本发明专利技术的技术效果是：解决了原位表征系统分子束外延生长源发散度大的问题，实现了分子在衬底的微小区域生长，避免了真空部件污染，提高了工作效率。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种原位表征系统分子束外延生长源的延伸装置
本专利技术涉及应用原位超高真空中分子束外延生长超薄膜领域，尤其是在配备有分子束外延生长源的原位表征系统中。
技术介绍
分子束外延(MBE)是由美国贝尔实验室J.R.Authur和A.Y.Cho于上世纪60年代末专利技术的一种典型的晶体外延生长技术，在分子束外延MBE系统中，一种或多种热原子或分子束流直接喷射到加热的单晶基底表面，而MBE中的超高真空(P ( 10 9 torr)环境则保证生长出的材料具有极高的纯度。该技术把薄膜材料的生长厚度从微米量级延伸至到亚微米量级的单原子层尺度，并且通过与能带调控工程的结合，合成了一系列人工异质结、超晶格半导体等材料，从而诞生了新一代高电子迀移率晶体管、异质结双极性晶体管、量子阱光调制器等新型光电器件。在此过程中还产生了诸如量子霍耳效应一系列物理效应和物理现象，推动了半导体低维物理领域的发展。分子束外延生长受到超高真空条件的严格限制，使用独立的分子束外延生长装置进行材料合成，若试样与外界大气接触，表面很容易发生吸附与沾污，导致其表面结构及性能发生变化。为了避免发生该问题，目前许多科学实验都将试件的分子生长过程结合原位表征系统来完成，所述原位表征系统包括原位低能电子显微镜系统、原位透射电镜系统、以及原位角分辨光电子能谱等。例如使用原位低能电子显微镜/光电子显微镜实现在超高真空中研究分子束外延生长样品表面的动力学过程；利用原位角分辨光电子能谱在超高真空环境下原位研究分子束外延生长样品的光电子能谱。在分子束外延生长装置与原位表征系统结合的系统中，小样品(毫米尺度)生长表征需要有与原位表征系统完全匹配的分子束外延生长源，所述分子束外延生长源包括热蒸发源、电子束源和气体源。热蒸发源如图1所示，它包括法兰24、转动轴23、坩祸22、电加热丝21、分子束挡板19、水冷套20等设备，通过法兰24与腔体连接，通过电加热丝21给坩祸22加热，使得温度加热到使得坩祸22内的物质蒸发，并以一定的角度和速度从坩祸22中溢出，到达生长样品表面。通过手动旋转装置25带动转动轴23旋转，以控制分子束挡板19的开与关，分子束挡板19起遮挡分子束的作用。水冷套20用于冷却热源，维持本底真空。如图2所示为分子束发射过程，通过电加热丝21加热使生长源以分子的形式从坩祸22中以一定的速度和角度溢出，样品离分子束源越远，其发散度越大。例如针对目前的原位表征系统中的原位电镜系统而言，原位表征过程中的分析区域一般在微米到毫米尺度(即小样品)，而原位表征系统中的分子束外延生长源，由于分子束发散度大、无法直接加载到样品表面区域，无法实现微小区域生长，分子大量沉积到超高真空腔体内壁或精密部件的表面，一方面因超高真空腔体内壁存在其他物质造成对样品生长的污染，必须定期开腔清理和高温烘烤处理，这样一来就降低仪器的使用效率和原位实验的稳定性和连续性；另一方面在原位系统中，大发散角的分子源很容易沉积在精密部件的表面，很容易引起磁透镜等真空部件的表面损坏，并且不光洁物镜表面在原位实验过程中很容易引起物镜和样品间的高压击穿，损坏物镜表面和样品。而这些原位实验样品往往需要一天到一周的制备和表面处理过程，有些单晶表面一旦损坏甚至是不可逆过程，这些高纯度单晶价格昂贵、定制周期长、处理过程复杂费时，一旦损坏对于研究者来讲将直接耽误时间，使得实验效率降低。另外，由于原位外延生长过程的需要，分子束外延生长源不能离样品太远，分子束外延生长源需要与样品腔直接相连，所以在更换分子束外延生长源时，必须打开真空腔泄真空，而开腔之后由于气体吸附，又需要长达一周到一个月时间去回复超高真空和除去源的氧化物和杂质，导致超高真空设备的使用效率很低。
技术实现思路
针对现有分子束外延生长装置存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种原位表征系统分子束外延生长源的延伸装置，它能克服分子束外延生长源发散度大的问题，实现分子在衬底的微小区域生长，并能减少真空部件污染，易于实现程序化控制。本专利技术所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有支撑套、限孔盲板、大齿轮、小齿轮、旋转杆和延伸管，支撑套具有管腔和管筒，管腔顶面开有旋转杆通孔，在支撑套的管腔的口部装有限孔盲板，管腔内部装有相互啮合的大齿轮和小齿轮，旋转杆靠近管腔内侧壁，旋转杆上端穿过旋转杆通孔伸出管腔顶面、下端活动套在限孔盲板的孔中，小齿轮固定在旋转杆中段，大齿轮的转轴设在限孔盲板内表面上且靠小齿轮一侧偏离限孔盲板中心，限孔盲板中心开有分子束通孔，大齿轮在转轴侧边沿轴向开有分子束过孔，延伸管固定插接在支撑套的管筒内。本专利技术依靠支撑套下部端口套装在热蒸发源的分子束出口端，扭动旋转杆，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮上的分子束过孔与限孔盲板的分子束通孔正对，热蒸发源的分子束打开，分子束通过延伸管的锥尖出口送到衬底表面区域，由于分子束到达衬底距离较短，且延伸管的锥尖出口控制了分子束的发散度，能够实现分子在衬底的微小区域生长；由于分子束扩散度小，减少了真空部件污染。通过控制大齿轮的分子束过孔与限孔盲板的分子束通孔重合度，以调节分子束源的流量。当分子束过孔与分子束通孔错位构成封堵时，大齿轮遮挡了分子束进入延伸管，实现了分子束关闭。本专利技术的技术效果是:解决了原位表征系统分子束外延生长源发散度大的问题，实现了分子在衬底的微小区域生长，避免了真空部件污染，提高了工作效率，易于实现程序自动化控制。本专利技术具有广泛的应用，不仅能适合热蒸发源、电子束源，还适合气体源；不仅能用于原位表征系统的小样品外延生长，也能用于独立的分子束外延生长系统中异质结结构的生长。【附图说明】本专利技术的【附图说明】如下: 图1为现有热蒸发源的结构示意图； 图2为图1的热蒸发源分子束发射状态图； 图3为本专利技术与热蒸发源组合的结构示意图； 图4为本专利技术支撑套的结构示意图； 图5为本专利技术的旋转杆、两齿轮与限孔盲板的组合示意图； 图6为装有本专利技术的分子束外延生长源与原位表征系统样品腔的示意图； 图7为本专利技术进一步改进的结构示意图； 图8为装有改进后的本专利技术的分子束外延生长源与原位表征系统样品腔的示意图； 图9为本专利技术的延伸管实施自动伸缩的组合图。图中:1.锥形导管；2.固定卡套；3.第一节管；4.第一顶部密封卡套；5.第二节管；6.第一弹簧；7.第二顶部密封卡套；8.底部密封卡套；9.第三节管；10.第二弹簧；11.支撑套；Ila.管腔；lib.管筒；lie.旋转杆通孔；12.大齿轮；13.;14.限孔盲板；15小齿轮.；16.集线轱；17.旋转杆；18.钨丝线；19.分子束挡板；20.水冷套；21.电加热丝；22.坩祸；23.转动轴；24.法兰；25.手动旋转装置；26.电机；27.控制器；28.延伸管；29.样品腔；30.样品；31.闸板阀；32.分子束外延生长源；33.真空部件；34.分子束过孔；35.分子束通孔；36直管；37三通管。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明: 如图3、图4和图5所示，本专利技术包括有支撑套11、限孔盲板14、大齿轮12、小齿轮15、旋转杆17和延伸管28，支撑套11具有管腔Ila和管筒11b，管腔I Ia顶面开有旋转杆通孔H本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种原位表征系统分子束外延生长源的延伸装置，其特征是：包括有支撑套 （11）、限孔盲板（14）、大齿轮（12）、小齿轮（15）、旋转杆（17）和延伸管（28），支撑套 （11）具有管腔（11a）和管筒（11b），管腔（11a）顶面开有旋转杆通孔（11c），在支撑套的管腔（11a）的口部装有限孔盲板（14），管腔（11a）内部装有相互啮合的大齿轮（12）和小齿轮（15），旋转杆（17）靠近管腔（11a）内侧壁，旋转杆（17）上端穿过旋转杆通孔（11c）伸出管腔（11a）顶面、下端活动套在限孔盲板（14）的孔中，小齿轮（15）固定在旋转杆（17）中段，大齿轮（12）的转轴设在限孔盲板（14）内表面上且靠小齿轮（15）一侧偏离限孔盲板中心，限孔盲板（14）中心开有分子束通孔（35），大齿轮（12）在转轴侧边沿轴向开有分子束过孔（35），延伸管（28）固定插接在支撑套（11）的管筒（11b）内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙建国，唐文新，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。