Криостат Советский патент 1993 года по МПК F25D3/10 

ел

С

Использование: относится к криогенной технике, к устройствам для быстрой заморозки различных объектов в жидких хладатентах. Сущность изобретения: криостат содержит вакуумную рабочую камеру с объ- ектодержателем, сосуд Дьюара и электронагреватели. Трубка для подвода хладагента из сосуда Дьюара в камеру снабжена системой управления потока, состоящей из двух кранов. Объектодержатель выполнен в виде двух дисков, в нижнем из которых имеются каналы для прохода хладагента. На одном из дисков размещен электронагреватель по всей его поверхности, i а рабочая камера снабжена криоэкраном в виде резервуара с хладагентом, дно и боковые стенки которого служат для экранирования верхней поверхности объек- тодержателя от стенок рабочей камеры, 2 ил.

Изобретёние относится к криогенной технике и может быть использовано при исследовании электрофизических и оптических свойств полупроводниковых структур. Данные исследования могут проводиться в широком диапазоне температур с регулированием температуры объектов.

Целью изобретения является улучшение однородности охлаждения обьектодер- жателя, повышение эффективности работы криостата, расширение его функциональных возможностей.. .,

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого криостата; на фиг.2 - система управления потоком хладагента.

Криостат выполнен разъемным и состоит из двух частей. Верхняя часть криостата состоит из вакуумной рабочей камеры 1, в , которой расположен объектодёржатель в виде двух соприкасающихся дисков. Диск 2 .укреплен на трубе 3. Диск 4 прижат к диску

2 снизу и имеет каналы 5. Ко всей поверхности диска 4 прилегает электронагреватель 6. На деталях 4 и 6 снизу надет открытый резервуар, образованный крышкой 7 и припаянной к ней трубкой 8. Трубка 9 проходит в центре рабочей камеры и соединена с каналами диска 4. Трубки 8 и 9 соосны, причем трубка 9 имеет меньший диаметр, чем трубка 8. Трубка 9 составная, ее часть соединена втулкой 10, снизу трубка 9 заканчивается фланцем 11.

Над объектодержателем расположен криоэкран 12 в виде цилиндрического резервуара. Боковые стенки его образуют перевернутый стакан. Верхнее дно резервуара имеет трубку 13, через которую поступает хладагент.

В стенке рабочей камеры и в стенке криоэкрана 12 имеются отверстия для пропускания световода 14,

vj ч

2

4

СО

Нижняя часть криостата состоит из сосуда Дьюара 1.6 с жидким хладагентом. Сосуд Дьюара плотно закрыт крышкой 17, сквозь которую проходят соосно трубки 1.8 и 19. Трубка 18 меньшего диаметра опущена в жидкий хладагент, ни ней внизу крепится электронагреватель 20. Трубки 18 и 1.9 вне сосуда Дьюара соединена с системой регулировки потока хладагента (фиг.2) 21, имею- щей два сквозных отверстия. Одно отверстие центральное и служит продолжением трубки 18, в другое отверстие вставлена трубка 22, в которой могут вращаться трубки 23 и 24, работающие в качестве кра- нов. Трубки 23 и 24 заглушены с одной стороны и ймёкэт в стенке по. одному отверстию. При вращении трубок эти отверстия могут совпадать с отверстиями в детали 21, которые выходят в пространство между трубками 18 и 19. Трубки 23 и 24 расположены так, что с помощью трубки 23 можно соединять объем сосуда Дьюара с центральным отверстием детали 21, а с помощью трубки .24 объем сосуда Дьюара с атмосферой. Сверху деталь 21 заканчивается фланцем 25.

При работе криостата его верхняя и нижняя части соединяются с помощью фланцев 11 и 25. Для охлаждения объектодержателя жидким хладагентом включают электронагреватель 20, в сосуде Дьюара создается избыточное давление и благодаря этому жидкий хладагент поднимается по трубкам 18 и 9 к объектодержателю 2, краны . 23 и 24 при этом закрыты. Хладагент проходит по каналам 5 диска 4, заполняет резервуар под дисками 4 и 5 и далее выходит в атмосферу по трубке 10. Для охлаждения объектодержателя газообразным хладагентом открывают кран 23, который соединяет верхнюю часть сосуда Дьюара. где находится газообразный хладагент, с трубкой 9. Далее газообразный хладагент проходит тот же путь, что и жидкий. Скорость подачи газообразного хладагента можно регулировать в зависимости от мощности, подаваемой на нагреватель 20 и с помощью крана 23. Для нагревания объектодержателя выше комнатной температуры служит электронагреватель 6, Поддерживать заданную температуру исследуемых образцов можно автоматически с помощью терморегулятора, а также с помощью ЭВМ.

Для выравнивания температуры по площади объектодержателя диски 2 и 5 выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди. Трубки 7, 9, 10, 18, 19, 23, 24 могут быть выполнены из нержавеющей стали. Трубка 22, в которой вращаются краны, для создания герметичности и удобства вращения кранов выполнена из фторопласта. Втулка 10 и кольца 15 выпол йены из электроизоляционных материалов, благодаря чему объектодержатель изолирован от корпуса криостата и от сосуда Дьюара. Криоэкран 12 расположен так, что он предохраняет образец от фонового излучения стенок рабочей камеры, ..

Использование изобретения позволит

проводить исследования полупроводниковых структур на пластинах большого диаметра. Введение в криостат диска с выбранными отверстиями и резервуара под диском позволяет увеличить однородность

охлаждения исследуемых объектов. Введение кранов дает возможность проводить охлаждение либо жидким, либо газообразным хладагентом, что позволяет уменьшить

энергозатраты на охлаждение образцов.

Помещение в рабочую камеру криоэкрана, экранирующего образец от фонового излучения, и рвёдение световода дает возможность проводить оптические исследования объектов.

;: , ::.. ;;-;; ;;, ;.; . г-. : . Формула изобретения

Криостат, содержащий вакуумную рабочую1 камеру с объектодержэтелем, сосуд

Дьюара с жидким хладагентом, электронагреватели, один из которых установлен в сосуде Дьюара, а другой у объектодержателя, трубку для подвода хладагента из сосуда Дьюара и расположенную соосно с ней

трубку для вывода хладагента в атмосферу, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что трубка для подвода хладагента снабжена системой управления потока хладагента, состоящей из двух кранов, установленных на этой трубке

между сосудом Дьюара и рабочей камерой, а объектодержатель выполнен в виде двух соприкасающихся дисков, нижний из которых имеет каналы для прохода хладаге,нта и электронагреватель размещен по всей его

поверхности, при этом рабочая камера снабжена криоэкраном в виде резервуара с хладагентом, дно и боковые стенки которого служат для экранирования верхней поверхности объектодержателя от стенок

рабочей камеры..