[發明專利]超高真空樣品轉移設備及轉移方法

有效

• 申請號: 201410609148.5
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN105628978B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 徐耿釗;劉爭暉;鐘海艦;樊英民;黃增立;徐科
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01Q30/18
• 分類號: G01Q30/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

本發明提供一種超高真空樣品轉移設備及轉移方法，所述設備包括：一樣品腔、一過渡腔及一樣品傳遞裝置，所述樣品腔維持超高真空環境，所述樣品腔與所述過渡腔之間設置一第一閥門，以使所述樣品腔與所述過渡腔連通或隔斷，所述過渡腔與一對接裝置連接，并可通過所述對接裝置與一外部目標設備連接，所述樣品傳遞裝置可在所述樣品腔及所述外部目標設備間傳遞樣品。本發明的優點在于，過渡腔作為中間腔體，既可以處于超高真空狀態，又可以與外界壓強相同，使得在樣品存放及轉移過程中，無論轉移設備是否與外部目標設備相連，樣品始終處于超高真空的環境中，且能夠避免不同設備間機械振動等噪聲的互相干擾。

技術領域

本發明涉及材料測試領域，尤其涉及一種在進行納米尺度精密測量之前對具有清潔表面的樣品的傳遞和存儲的超高真空樣品轉移設備及轉移方法。

背景技術

隨著納米科學與技術的發展，人們感興趣的材料和器件的尺度越來越小，其性能對于表面和邊界的原子排布和電子能態結構更加敏感。因此，對這些納米材料和器件的測試表征，對空間分辨率的要求也越來越高。以掃描探針顯微鏡為例，它以一個金屬或半導體針尖在樣品表面逐點掃描，利用探針與樣品的不同相互作用來探測表面或界面在納米尺度上表現出的電、力、光等微區性質。發展出了包括掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和近場光學顯微鏡等在內的一系列新型顯微分析技術，具有很高的空間分辨率，甚至可以直接在實空間觀察到樣品表面的原子結構。

充分發揮這種表征手段空間分辨率高的優勢，一個必要的條件就是樣品表面在原子級尺度上的清潔。這就要求這類實驗必須在超高真空環境中進行，以防止吸附和氧化等對樣品表面的污染。以STM或AFM為例，通常為了保證清潔的表面來進行5-8小時的實驗，需要維持優于3E^-8Pa的真空環境。而樣品從大氣環境進入真空環境后，往往要進行一定的處理，以獲得清潔的表面開展實驗。

一種傳統的處理方式是在超高真空中用氬離子對樣品表面進行轟擊，通過物理碰撞去掉在大氣環境中已經被污染了的樣品最表面幾個納米的原子，露出未受污染的表面，然后對樣品加熱退火以使表面平整。但這種處理方式也有很大局限性，即最表面的原子總要被去掉，這就難以直接研究新鮮生長出來的樣品表面，或者新鮮解理和聚焦離子束刻蝕的樣品橫截面。

另一種解決方式是將掃描探針顯微鏡和MBE等樣品生長裝置、FIB等真空刻蝕裝置、真空解理等裝置用真空管道連接起來，新鮮生長或解理的樣品不暴露大氣直接在真空中通過傳遞桿、機械手等直接傳遞到掃描探針顯微鏡上進行測試。但這種方式在技術上也有很大的難度。

一方面，超高真空系統在使用和維護上非常復雜和繁瑣。特別是將這些不同用途的制備、加工和測量裝置連接在同一套超高真空系統時，相比于各自獨立的小系統，使用其中任何一個裝置都將更加繁瑣，故障率也更高，即使是其中某一個裝置出現故障，也會影響整套系統的使用。這些都使得這種全部連接在一起的系統的工作效率會遠低于各自分立的小系統。

另一方面，也更重要的是，掃描探針顯微鏡(包括STM和AFM)是對環境振動非常敏感的設備，良好的振動隔離是實現其納米尺度直至原子級空間分辨率的一個關鍵要素。而如上所述將所有這些裝置全部連接在一個超高真空系統中，其它設備運轉產生的振動噪聲和整套真空管道的共振，都對掃描探針顯微鏡的振動隔離在技術上提出了巨大挑戰。

綜上所述，既要保證新鮮制備的樣品表面在表征之前不被大氣環境污染，又要避免過于龐大的超高真空系統帶來的振動隔離困難和使用效率降低的問題，是充分發揮掃描探針顯微鏡空間分辨率高的優勢所必須克服的困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種超高真空樣品轉移設備及轉移方法，其能夠在樣品轉移過程中，使樣品始終處于超高真空的環境中，且能夠避免不同設備間機械振動等噪聲的互相干擾。