Криостат Советский патент 1980 года по МПК F25D3/10 

(54) КРИОСТАТ

1

Изобретение относится к криогенной технике .и касается криостата для физических исследований, который может быть использован.как в эксперимёйтальной физике при получении об- 5 разцов и проведении на них комплекса физических исследований, так и в промышленной полупроводниковой технологии.

Известны конструкции криостатов, имеющие сосуд Дьюара, хладопровод, сорбционный насос, рабочую камеру с образцом, токовводы, окна и датчики вакуума и температуры 1J.15

В таких крйЬс атах съемный сорбент и рабочая камера соединяются через уплотнители, что существенно ухудшает вакуум и усложняет конструкцию. Кроме того, в момент замены сорбента криос- 20 тат оказывается без сорбционногб насоса, что ухудшает вакуум в его рабочей камере.

Известен криостат, содержащий кор-. пус с рабочей камерой, сосуд Дьюара, 25 два автономных сорбционных насоса, несущую направляющую, закрепленную в корпусе и сообщающуюся с сосудом Дьюара хладопроводом для подачи хладагента и механизм перемещения образца. Ра-30

бочая камера с образцом снабжена датчиком вакуума и температуры (2,

Однако в известном криостате одновременно с исследованием физических свойств образца невозможно получение образцов в различных технологических режимах, а на образцах, полученных вне криостата, в результате процесса окисления происходят необратимые из . 10 менения свойств исходного слоя, что существенно влияет на достоверность Информации, получаемой с таких образцов.

Целью изобретения является Создание криостата, позволяющего одновременно получать и исследовать физические свойства , образцов.

Указанная цель достигается тем, что рабочая камера снабжена перегородкой, установленной с возможностью поворота и разделяющей камеру на два отсека, первый из которых снабжен фланцами с размещенными на них приставкой .термического напыления образцов и мйкронатекателем, при этом отсеки соединены между собой механизмом перемещения образца.

Кроме того, первый отсек дополнительно снабжен манипуляторами ввода маски и раскрытия напылительной щели, а второй отсек снабжен оптически прозрачными окнами и устропством подвода электрических контактов к образцу. На .фиг. 1 изображен криостат общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1. Криостат состоит из сосуда Дырара 1, двух сорбционных насосов 2, сообща ющихся с криостатом и системой откачки посредством вакуумных вентилей 3, 4, хладопровода 5, снабженного сифоном 6 для подачи хладагента, и рабочей камеры 7. Рабочая камера 7 выполнена в видеразъёмного параллелепипеда и конструктивно состоит из двух отсеков 8 и 9: технологического 8 и измеритель ного 9, разделенных перег6род1 ой , 10 и соединенных механизмом 11 перемещения образца 12. Технологический отсек 8 имеет два выступающих фланца 13 с закрепленной приставкой 14 на них термического напыления, манипулятор 15 раскрытия напылительной щел 16, манипулятор 17 ввода маски в зону напыления и микронатекатель 18. Технологический отсек снабжен окнами 19, 20 для наблюдения за ходом техно логического процесса. .Измерительный отсек снабжен окнам 21и 22, отводом 23 для крепления электронной пушки, фланцем 24 Для Крепления устройства 25 подвода электрических контактов к образцу. Кроме того, на корпусе рабочей камеры закреплены привод 26 механизм перемещения, два механизма 27 прижима верхней планки 28, система токовв дов для подключения термопар, нагревательных элементов и датчиков вакуума. Механизм 11 перемещения образца 12 включает в себя несущую направляющую 29, выполненную в виде ласточки ного хвоста со съемной верхней планкой 28, микровинт 30, подвижный держатель 31 образца 12, мембранный переходник 32 и привод 26. Перегородка между технологическим и измерительным отсеками состоит из собственно перегородки 10 и рукоятки 33 управления и служит для защиты измерительного отсека от пoпiaдaния в него напыляемог о вещества, т.е. перегородка предохраняет окна 21, 22 неустройство 25 подвода контактов к офразцу. . ,.... ..,. Работа криостата заключается в пр готовлении различного рода образцов и измерения их физических свойств бе нарушения вакуума и заданных услов 1й эксперимента. Работа криостата показывает приме нанесения слоя полупроводникового ма тёриала и произведение его комплекс;ных исследований. Перед откачкой криостата над нагревательным элементом одного из напыительных устройств устанавливают бункер с веществом. После этого откачивают криостат и заливают хладагентом. После, достижения предельного вакуума 5 мм рт. ст. произвоят процесс напыления. Для этого образец перемещают в технологический отсек и после достижения образцом заданной температуры включают прогрев нагревательно:гЬ элемента, на который из бункера мелкими порциями поступает напыляемое вещество. С помощью манипулятора 17 открывают заслонку и перемещают образец механизмом перемещения вращением привода 26 вдоль раскрытой на небольшой зазор щели 16, причем скорость перемещения образца определяется заданным профилем толщины вдоль длины образца. После этого с помощью манипулятора 15 раскрывают щель 16 на максимальную ширину и в нужных местах через маску, вводимую с помощью манипулятора 17, методом термической возгонки наносят систему контактных площадок из металла. После нанесения слоев открывают перегородку спомощью рукоятки 33, перемещают образец в измерительный отсек и производят измерение физических характеристик образца. При измерении пропускания и OTpa)f eния образца луч света попадает на образец через окно 21 . Прошедший через образец свет через окно 22, а отраженный через окно 21 попадают в систему регистрации. Для измерения фотолюминесценции образец облучают светом через окно 21, а вышедший из образца свет опять через окно 21 попадает в систему регистрации. Электро- и термолюминесценцию измеряют аналогично, только при этом свечение возбуждают приложенным Напряжением и теплом. С помощью устройства 25 подвода контактов к образцу измеряют электропроводность и фотопроводимость, облучая при этом образец через окно 21. При этом измерение всеми этими методами можно производить не только на образцах, полученных при разных технологических режимах, но и в зависимости от последующих изменений условий работы. Так, мы можем облучать образцы потоком электронов, светом, лазерным излучением, производить термообработку, отжиг образцов, их окисление в различных средах и следить за изменениями, происходящими в слоях. После проведения нужных измерений образец при необходимости вновь перемещают в технологический отсек, где можно провести ряд технологических операций, а затем, переместив образец в измерительный отсек, провести новый цикл измерений. Предлагаемая конструкция криостата позволяет объединить технологичес кий цикл изготовления образца и цикл измерения в одно целое, а также проводить целый комплекс физических исследований в одних условиях. Это при водит к существенному выигрышу рабочего времени, экономии материальных и людских ресурсов при проведении научных исследований, при отработке технологических режимов и при KOHiiioле качества изделий. Так же, криостат позволит получить более богатую и дос товерную информацию об исследуемом или производимом объекте. Формула изобретения 1.Криостат, содержащий корпус с рабочей камерой сосуд Дьюара,оорбционные насосы, несущую направляющую, закрепленную в корпусе и сообщающуюся с сосудом Дьюара при помощи хладопровода, механизм перемещения образца и приборы контроля вакуума и температуры, отличающийс я тем, что, с целью одновременного получения и исследования физичес1 их свойств образцов, рабочая камера снабжена перегородкой, установленной с возможностью поворота и разделяющей- камеру на два отсека, первый из которых снабжен фланцами с размещенными на них приставкой термического напыления образцов и микррнатекателем, при этом отсеки соединены между собой механизмом перемещения образца. 2. Криостат по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем,, что первый отсек дополнительно снабжен манипуляторами ввода маски и раскрытия напылительной щели, а второй отсек снабжен оптически прозрачными окнами и устройством подвода электрических контактов к образцу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Уайт Т.К. Экспериментальная техника низких температур. М., 1962, с. 176-178. 2.Авторское свидетельство СССР 406084, кл. F 25 D 3/10, 1971.

А

Ш

г

-SZZX E

31

2(

Л

UJ

Ч ЧЧЧуЧЧЧ..чУУ Г-УЛ

т

3Z

- 7

-«

I

Jf

-JS

т.

Т1

30 ,