Патент на изобретение №2389004

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ОБРАЗЦА В ВАКУУМНУЮ КАМЕРУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для проведения реакций между твердотельными материалами и газами в контролируемых условиях и может быть использовано для транспортировки образца в камеры подготовки образца и энергоанализатора с фиксацией образцедержателя в камерах. Техническим результатом является уменьшение газовыделения при подготовке и проведении экспериментов в условиях сверхвысокого вакуума. Устройство для ввода образца в вакуумную камеру включает камеру с фиксатором, магнитный механизм перемещения, соединенный со штоком, выполненным с возможностью соединения с держателем образца. Фиксатор и держатель выполнены с возможностью взаимной фиксации при повороте штока. В фиксаторе выполнено проходное отверстие для держателя, паз для фиксации и проходной паз, на фиксаторе выполнен штырь. Устройство может оснащаться шлюзовой камерой. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к конструкциям устройств для проведения реакций между твердотельными материалами и газами в контролируемых условиях и может быть использовано в качестве реакционной камеры в составе сверхвысоковакуумных аналитических приборов типа оже-электронных, фотоэлектронных или масс-спектрометров для исследования кинетики гетерогенных реакций, в частности в составе фотоэлектронного спектрометра ЭС-2401, и для транспортировки образца в камеры подготовки образца и энергоанализатора с фиксацией образцедержателя в камерах. От таких устройств требуется, чтобы они могли работать в широком диапазоне давлений и температур с их плавной регулировкой. После окончания реакции обработанный образец должен быть переведен в аналитическую камеру спектрометра без выноса на атмосферу. При этом реакционные газы и продукты реакции не должны попадать в вакуумные камеры спектрометра.

Известна установка электронно-лучевая STE ЕВ 48, ЗАО «Научно-техническое оборудование» (г. С.-Петербург), предназначенная для напыления тонких пленок в сверхвысоком вакууме. В установке имеется шлюзовая камера для загрузки образца. В шлюзовую камеру может быть встроена система ионной очистки образца в плазме аргона перед напылением пленки. Линейный магнитный манипулятор (магнитный механизм перемещения) позволяет перемещать образец в камеру напыления без перезагрузки, т.е. в процессе напыления образец остается на механизме перемещения. Вращение образцедержателя не предусмотрено.

Известен спектрометр LAS2000 (Riber), в котором имеется шлюзовая камера для загрузки образцов с резиновым уплотнением по загрузочному фланцу, выбранная в качестве прототипа, имеется магнитный механизм транспортировки образца. В шлюзовой камере не имеется устройств для физического воздействия на образец, нет фланцев, на которые они могут быть установлены. Магнитный манипулятор спектрометра LAS2000 (Riber) позволяет транспортировать образец только до одной точки для перезагрузки на другой манипулятор. Конструкция сменного образцедержателя манипулятора не может использоваться в спектрометрах, в которых при съемке спектров напряжение развертки подается на образец (анализатор настроен на постоянную энергию пропускания электронов). Для перемещения штока в вакууме использованы простые шариковые подшипники, в которых внутренним кольцом является сам шток. Вследствие того что шток перемещается по шарикам со скольжением, такой подшипник в вакууме работать может только со смазкой (например, графит), которая неизбежно загрязняет вакуумные поверхности.

Технической задачей изобретения является уменьшение газовыделения при подготовке и проведении экспериментов в условиях сверхвысокого вакуума.

Технический результат достигается в устройстве для ввода образца в вакуумную камеру, включающем камеру с фиксатором, магнитный механизм перемещения, соединенный со штоком, выполненным с возможностью соединения с держателем образца. Фиксатор и держатель выполнены с возможностью взаимной фиксации при повороте штока. В фиксаторе выполнено проходное отверстие для держателя, паз для фиксации и проходной паз, на фиксаторе выполнен штырь. Устройство может оснащаться шлюзовой камерой.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 – устройство для ввода образца в вакуумную камеру;

фиг.2 – держатель образца;

фиг.3 – фиксатор и держатель.

Устройство (фиг.1) для ввода образца в вакуумную камеру 11 (например, в камеру анализатора) включает камеру 1 с фиксатором 2, магнитный механизм 3 перемещения, соединенный со штоком 4. Шток 4 соединен с держателем 5 образца, снабженным керамическим изолятором 19 и наконечником с образцом 13 (фиг.2).

Фиксатор 2 и держатель 5 выполнены с возможностью взаимной фиксации при повороте штока 4. В фиксаторе 2 (фиг.3) выполнено проходное отверстие 6 для держателя, паз 7 для фиксации и проходной паз 8, на фиксаторе 2 выполнен штырь 9. Образец 13 установлен на держателе 5.

Камера 1 оснащена фланцами для установки, например, системы ионной очистки камеры, системы ионного травления образцов, системы подачи газов (в том числе агрессивных) с плавной регулировкой давлений от 10^-9 до 10^-1 мм рт.ст., системы нагрева образца до 1000°C с контролем температуры. Камера 1 выполнена прогреваемой до 150°С.

Шлюзовая камера 10 и камера 1 подготовки разделены проходным клапаном 12 с уплотняющим элементом. Шлюзовая камера 10 изготавливается в сверхвысоковакуумном исполнении, в том числе и прогреваемый загрузочный фланец (все уплотняющие элементы металлические, подвижные соединения сильфонные, все прогревается не менее 24 ч при температуре 150°С). Шлюзовая камера 10 может использоваться в качестве реакционной для проведения экспериментов по взаимодействию образцов с газовыми смесями. Все уплотняющие элементы выполнены из меди. Откачная система шлюзовой камеры 10 выполнена по сверхвакуумному варианту.

Для перемещения держателя 5 между камерами 10, 1, 11, штоком 4 в держателе 5 выполнены два глухих отверстия 18 с плоскими пружинами (на фиг.1 показано положение держателя 5 в каждой из камер). На конце штока 4 выполнены два штыря.

Магнитный механизм перемещения выполнен следующим образом. На конце штока 4 установлен ферромагнитный наконечник 14. Шток установлен на подшипниках 15 линейных перемещений. Весь узел находится в трубе, которая одним концом через фланец 16 крепится к шлюзовой камере 10, другой конец заварен. Снаружи трубы в скользящем корпусе установлены постоянные магниты 17. При перемещении постоянных магнитов 17 вдоль трубы за счет намагничивания ферромагнитного наконечника 14 передвигается шток 4 по подшипникам 15. При вращении постоянных магнитов 17 происходит вращение штока 4.

Для перемещения штока 4 в магнитном механизме перемещения использованы подшипники линейных перемещений KBS 12 ОР, которые не требуют смазки благодаря тому, что в данном типе подшипников при линейном типе перемещений работает трение качения.

Устройство работает следующим образом.

В фиксаторах 2 держатель 5 фиксируется для обработки в камере 1 подготовки или для анализа в камере 11 анализатора, затем механизм перемещения возвращает шток 4 в шлюзовую камеру 10, угловой клапан 12 и проходной клапан между камерами 1 подготовки образца и анализатора 11 перекрываются.

Для перевода в камеру 11 анализатора штоком 4 держатель 5 захватывается двумя штырями, выполненными на штоке 4.

Фиксация держателя в камере 1 подготовки и в камере 11 анализатора происходит по принципу байонетного соединения. Соединение фиксатора 2 и держателя 5 (фиг.3) осуществляется при введении штыря 9, расположенного на держателе 5, в паз 7 для фиксации с последующим поворотом штока 4 на 45°. Для транспортировки образца в камеру 11 анализатора держатель 5 поворачивается в обратную сторону на 22.5° и проводится через проходное отверстие 6 и проходной паз 8 фиксатора 2. Разнесение пазов на 22.5° обеспечивает фиксацию образца в камере 1 в одном положении. В камере 11 анализатора установлен аналогичный фиксатор 2.

Таким образом, перемещение осуществляется одним штоком 4, который одновременно перемещает и фиксирует образец в камерах 10, 1 для проведения эксперимента с дальнейшим захватом и перемещением в камеру 11 анализатора. При этом возможно качание образца вокруг оси перемещения (например, при травлении ионной пушкой для устранения неравномерности травления за счет шероховатости поверхности образца). В режиме качания образец остается на штоке 4.

При транспортировке из одной камеры в другие обычно используют дополнительные манипуляторы для переустановки образца и последующего перемещения. В описанном изобретении перемещение осуществляется одним штоком с механизмом перемещения (манипулятором), который одновременно перемещает и фиксирует образец в камерах для проведения эксперимента с дальнейшим захватом и перемещением в камеру анализатора.

В отличие от известных устройств, в которых между камерами транспортируется шток с держателем с соотношением площадей 600:1, в описанном устройстве между камерами перемещается только держатель образца с соотношением площадей поверхностей держателя и образца 20:1. Это приводит к пропорциональному уменьшению газовыделения с поверхности, влияющему на условия проведения экспериментов.

Формула изобретения

1. Устройство для ввода образца в вакуумную камеру, включающее камеру с фиксатором, механизм перемещения, соединенный со штоком, выполненным с возможностью соединения с держателем образца; фиксатор и держатель выполнены с возможностью взаимной фиксации при повороте штока.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что используется магнитный механизм перемещения.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в фиксаторе выполнено проходное отверстие для держателя, паз для фиксации и проходной паз, на фиксаторе выполнен штырь.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что дополнительно включает шлюзовую камеру.

РИСУНКИ