一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，包括：对所述密封腔体进行冷却的低温制冷单元；设置在密封腔体内的可移动的样品台；用于在两个或多个密封腔体间对样品进行转移的转移杆。本发明专利技术提出的样品冷却传输装置，可安装在扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子束曝光机、聚焦离子束显微镜等含有电子束源或离子束源的微纳加工设备中，实现在真空中冷却样品，进而对低温状态下的样品进行表征检测或加工。同时允许样品台进行微米级精度的移动，并将样品传输至其他真空腔室，而且传输过程中，样品能保持低温状态，以便进行后续操作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构
本专利技术属于微纳加工
，具体涉及一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构。
技术介绍
对样品的冷却技术被广泛应用于微纳加工和表征技术中，如太赫兹低温超导探测、冷冻电镜技术、低温等离子体刻蚀技术、冰掩模电子束曝光技术等。在这些应用场景里，通常需要将样品在微纳加工设备的真空环境中冷却到液氮温度(77K)甚至液氦温度(4K)。为了实现定点的样品表征与加工，需要精确移动样品的位置，有效隔绝样品的振动。有时为了对样品进行前序或后续操作，还需要在保持样品低温的条件下，将样品在不同真空腔室间转移。而现有的真空低温样品台往往是固定的，而且无法将样品在不同真空腔室间转移，有些即使可以移动，样品的移动行程也很小。综上所述，如何提供一种可在微纳加工设备中将样品冷却到低温，并且允许样品高精度移动和在真空腔体间转移的样品冷却传输装置，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，能够用于实现对真空中样品的冷却和高精度、大行程移动，以及样品在真空腔室间的传输。本专利技术的密封腔体可以是微纳加工设备的检测腔体，所述微纳加工设备可以是扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子束曝光机、聚焦离子束显微镜等含有电子束源或离子束源的微纳加工设备。本专利技术的密封腔体可以是在现有的微纳加工设备的基础上得到的密封腔，也可以是重新设计的密封腔。一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，包括：对所述密封腔体进行冷却的低温制冷单元；设置在密封腔体内的可移动的样品台；用于在两个或多个密封腔体间对样品进行转移或传输的转移杆。本专利技术中，所述低温制冷单元可以为液氮杜瓦瓶结构、或液氦杜瓦瓶结构、脉管制冷机、JT制冷机或GM制冷机等。通过上述低温制冷机构对本专利技术的密封腔体提供冷量和低温环境。作为优选，所述低温制冷单元为液氮杜瓦瓶结构时，其液氮杜瓦瓶的外壳与所述密封腔体密封对接。作为一种优选，本专利技术中所述低温冷源为液氮杜瓦(瓶)，包括外壳、内胆瓶与连接管，所述内胆瓶顶部引出连接管，通过连接管固定在外壳上，外壳与内胆瓶间的夹层空间与密封腔体(比如微纳加工设备)真空腔连通，内胆瓶瓶底为制冷端。优选地，所述液氮杜瓦的连接管有三根，每根连接管长度不小于20厘米，管壁厚不超过1毫米。以减少内胆瓶通过连接管的漏热，延长内胆瓶中液氮的保存时间。优选地，所述液氮杜瓦的内胆瓶瓶底材料为无氧铜。以尽可能减小热传导过程中的热量损失。当采用脉管制冷机、JT制冷机或GM制冷机等低温冷源时，其冷头即为其制冷端。作为优选，还包括低温挡板，该低温挡板一端与低温制冷单元的制冷端相连，另一端深入所述密封腔体内。优选地，所述低温挡板材料为无氧铜。以尽可能减小热传导过程中的热量损失。作为优选，所述密封腔体为微纳加工设备的检测腔；所述低温挡板深入所述密封腔体内的一端延伸至检测探头下方，该端同时设有避让检测探头发射路径的避让孔。比如，所述低温挡板延伸至微纳加工设备电子束源或离子束源下方，并在电子束或离子束的发射路径上开孔(避让孔)，以通过电子束或离子束。作为优选，所述样品台包括：固定在三维运动机构上能够进行三维移动的固定样品架；滑动的设置在固定样品架内的移动样品架，该移动样品架能在所述转移杆的作用下移动。作为优选，所述固定样品架设有燕尾槽，所述移动样品架为与所述燕尾槽配合的梯形结构。采用该结构，保证即使本专利技术的冷却和传输的机构倒置使用时，移动样品架也不会从固定样品架中脱落。作为一种实施方式，所述样品台包括导轨台、支撑柱、固定样品架、移动样品架。所述导轨台通过燕尾槽导轨固定在移动台(或称三维运动机构)上。所述支撑柱固定在导轨台上，与导轨台上表面垂直；支撑柱采用绝热材料。所述固定样品架架在支撑柱上，侧面开有凹槽。所述移动样品架与固定样品架上的凹槽相同，可滑入凹槽，与固定样品架贴合；移动样品架侧面设有用于与转移杆实现定位的定位件；比如所述定位件为开设在移动样品架侧面的螺纹孔，当然这里的螺纹孔也可由其他结构的定位件代替，比如可以是螺杆结构、或者也可以是设置的磁性件、或者也可以是卡合用的槽或者孔结构，或者卡合用的凸起结构等，以实现与转移杆的相对固定；所述移动样品架横截面为圆角梯形。优选地，支撑柱材料为尼龙，以尽可能阻止转移螺杆和移动样品台之间的热传导。优选地，所述固定样品架架在支撑柱上，侧面开有凹槽。所述移动样品架与固定样品架上的凹槽相同，可滑入凹槽，与固定样品架贴合；移动样品架侧面开有一个螺纹孔。作为优选，所述凹槽为燕尾槽；所述移动样品架为与所述燕尾槽配合的梯形块结构。所述移动样品架横截面为梯形(可以进一步优选为圆角梯形)。使得固定样品架和移动样品架即使倒置安装在真空设备中时，移动样品架也不会掉落，并能和固定样品架紧密接触，维持良好的热传导优选地，所述固定样品架和移动样品架材料为无氧铜。以尽可能减小热传导过程中的热量损失。作为优选，所述转移杆前端设有用于与移动样品架实现相互固定的第二定位件。第二定位件的结构一般与移动样品架侧面设置的定位件相配合。比如可以是开设在转移杆前端的螺杆或者磁性件、或者卡合用的凸起结构、或者也可以是卡合用的槽或者孔结构等。作为一种实施方案，所述转移杆前端螺纹固定有转移螺杆，通过转移螺杆实现与移动样品架的相对固定。作为一种具体的方案，所述转移杆前端开设有螺孔，以安装转移螺杆；转移螺杆的材料为绝热材料。作为优选，所述低温挡板与固定样品架之间设有柔性传热件。优选地，所述柔性传热件包括且不限于无氧铜编织带、紫铜编织带、石墨烯条带等。柔性传热件一端固定于低温冷源的制冷端，另一端固定于固定样品架。实现低温冷源对样品的冷却。优选地，柔性导热结构外包裹热反射材料，以减小传热过程中由热辐射导致的热量损失。除此以外，本专利技术中，由于低温挡板的温度高于柔性传热件以及样品台的温度，使得低温挡板还具有另外一个重要作用，即，本专利技术中的低温挡板通过低温吸附的作用吸附真空腔里的残余微粒和气体分子，避免它们被吸附到样品上，污染样品。作为优选，所述三维运动机构为五轴联动机构。所述五轴联动机构除了X、Y、Z轴，还有一个旋转轴和一个摆动轴。旋转轴可以是A轴(X轴)也可以是B(Y轴)或C轴(Z轴)，旋转轴是可以360度旋转的，摆动轴是除了旋转轴已定义后的(如A轴)，剩下的两个轴当中的一个(如B或C)，摆动轴一般可以在一定的角度内进行摆动(如正负90度)。作为优选，所述三维运动机构由电机械装置或压电陶瓷控制移动，以此实现移动台(即)可在X,Y,Z三个方向移动，移动范围不小于100毫米×100毫米×10毫米，移动精度不低于1微米；可360°旋转，倾斜范围不小于-10°至30°，倾斜与旋转精度不低于0.1°。本专利技术中，所述转移杆可为任一种磁力转移杆(或称磁力杆)、机械转移杆、机械手等常用的真空系统传样工具，转移杆前端开有螺孔，以安装转移螺杆。转移螺杆的材料为绝热材料。作为进一步优选，本专利技术中，所述转移杆可以选用现有的用于物品转移的磁力杆。优选地，所述转移螺杆材料为聚四氟乙烯。以尽可能阻止转移螺杆和移动样品台之间的热传导。本专利技术的样品冷却传输机构包括低温冷源、低温挡板、柔性传热件、三维运动机构、样品台、转移杆。所述低温冷源由外壳支撑，并与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特征在于，包括：对所述密封腔体进行冷却的低温制冷单元；设置在密封腔体内的可移动的样品台；用于在两个或多个密封腔体间对样品进行转移的转移杆。

【技术特征摘要】
1.一种用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特征在于，包括：对所述密封腔体进行冷却的低温制冷单元；设置在密封腔体内的可移动的样品台；用于在两个或多个密封腔体间对样品进行转移的转移杆。2.根据权利要求1所述的用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特征在于，还包括低温挡板，该低温挡板一端与低温制冷单元的制冷端相连，另一端深入所述密封腔体内。3.根据权利要求2所述的用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特征在于，所述密封腔体为微纳加工设备的检测腔；所述低温挡板深入所述密封腔体内的一端延伸至检测探头下方，该端同时设有避让检测探头发射路径的避让孔。4.根据权利要求2所述的用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特征在于，所述样品台包括：固定在三维运动机构上能够进行三维移动的固定样品架；滑动的设置在固定样品架内的移动样品架，该移动样品架能在所述转移杆的作用下移动。5.根据权利要求4所述的用于密封腔体内样品冷却和传输的机构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇旻，赵鼎，洪宇，刘东立，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33