[发明专利]一种超高真空样品台与集成式低温输运测量台

说明书

本发明公开了一种超高真空样品台与集成式低温输运测量台，包括适配真空旗形样品托传样的样品测量台、用于多端口电学测量的柔性微探针、防止超量驱动的进针凸轮机构；还包括用于一体集成的超高真空四通，密封连接有输出电信号的真空电连接机构、提供扭矩的探针驱动机构、真空外冷源和超高真空多维位移台输出端。本发明具有不遮挡样品核心区域、易对接超高真空系统并且适配多维位移的特点，可在真空原位实现探针与样品几乎无损、稳定的电连接，同时有效支持多场与多维度的协同调控。

技术领域

本发明属于超高真空低温设备领域，涉及一种超高真空样品台与集成式低温输运测量台。

背景技术

低维量子材料具有原子尺度的结构与新奇的电、磁、光特性及量子效应，对于发展新型量子器件及应用具有重要意义。然而低维结构在创造一系列新颖物性的同时，也十分敏感脆弱，极易遭受外界环境的氧化、污染而导致性能下降甚至结构破坏。因此，低维量子材料及其器件通常需要于真空环境中制备与测量，且只有在超高真空环境中，才可有效隔绝环境噪声的干扰、减少分子间相互作用、实现理想的低温环境，原子级洁净的表面与稳定结构才得以长时间维持，进而实现对其本征量子输运特性的测量。

目前，主要通过基于多个独立探针装置组合的真空探针台或基于集成一体多探针装置的真空探针台进行原位输运测量。受制于超高真空系统对传动机制、监测手段、组件材质等的苛刻要求，前者利用超高真空三维位移台或超高真空兼容的步进电机等装置驱动独立探针进行精密位移逐渐接触器件电极，但由于探针与器件为刚性接触，对运动控制及实时监测精度要求较高，易发生超量驱动探针损坏器件及探针的情况，并且存在着设备结构复杂较难操纵、体积较大难以适配外场、温度区间小等诸多问题；而后者虽采用多探针集成为一体的技术方案使得结构更加紧凑，但多为探针装置与样品台分体或与样品台平面相交的结构，造成样品表面遮挡与运动维度受限等问题。因此现有原位输运测量技术在器件输运性质的高通量测量以及结合光、磁、力等外场进行同步物性调控方面具有很大的局限性，极大地限制了对低维量子物理原理及其器件原型的探索与开发。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超高真空样品台与集成式低温输运测量台，能够在有效保护样品表界面的同时，原位实现探针与样品几乎无损、稳定的电连接，进而得以高效、高精度地测量样品的输运性质。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超高真空样品台，包括样品测量台和探针平台；

探针平台设置在样品测量台前端一侧的上方，样品测量台前端另一侧设置有样品；

探针平台底部采用多个带肩限位轴穿过样品测量台，带肩限位轴与样品测量台滑动连接，带肩限位轴的轴肩位于样品测量台下方，轴肩与样品测量台底部之间设置有弹性部件，弹性部件始终给予探针平台与样品测量台相互靠近的力；

样品测量台位于探针平台中心正下方的区域中空设置，样品测量台中空部位的两个侧壁之间转动连通有转轴，转轴上设置有凸轮机构，凸轮机构与探针平台底部中心接触；

探针平台设置有电路板，电路板上设置有多根柔性微探针，柔性微探针的针尖部位从探针平台伸出，向下方样品顶面延伸；当探针平台位于最低点时，柔性微探针的针尖部位与样品顶部接触。

优选的，凸轮机构包括顶板，顶板靠近侧面区域嵌套在转轴上，且该侧面为弧面；探针平台底部中心连接有圆轮，顶板顶面与圆轮周面底部接触。

进一步，探针平台底部中心设置有凸块，凸块底部连接有圆轮轴，圆轮轴两端分别转动连接有一个圆轮，两个圆轮周面底部与顶板顶面均接触。

优选的，柔性微探针的材料为金、铍铜或不锈钢。

优选的，样品测量台设置样品的一侧设置有样品托插槽，样品托插槽内滑动连接有旗形样品托，样品测量台上设置有用于固定旗形样品托的固定装置。