CN102796998A - 一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控的方法及其装置，主要由电磁击打器、位移发生器、标准位移物件收集器、传动机构、基片位移部件构成，利用真空容器外的控制装置使容器内位移发生器输出步进动作的方式实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置的移动是一种操控新方法,就该方法而设计的装置可以简单、方便、快捷的实现沉积基片的位置调整，能够避免真空容器内电磁干扰、电子元器件气体释放及***等对纳米光栅沉积基片研究的影响，具有较强的实际应用价值。

Description

一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控的方法及其装置,用于纳米光栅沉积基片的制作及研究领域。

背景技术

利用激光驻波场汇聚中性原子束沉积制作纳米光栅技术是纳米领域内的一个研究热点，该技术的基本原理是真空环境下利用特定空间分布激光驻波场的辐射压力控制原子的运动，使原子束的空间密度产生相应的分布，继而直接沉积在基板上，从而形成纳米光栅结构。

在实际的实验操作过程中，由于沉积基片处于真空容器内，对于真空容器内沉积基片的移动、更换等操作非常不方便。每次移动沉积基片的位置或更换沉积基片，均需打开真空容器进行调整或更换，而后再重新进行抽真空，由于每次抽真空的时间较长，大大延长了实验周期。

对于纳米光栅真空容器内沉积基片的位置操控和更换，国内外相关研究小组在该方面的分析和研究较少，相关方法和成果很少见诸报导。只有少数研究小组进行机械手装置操控容器内基片方法的研究，如意大利比萨大学Fuso教授研究小组对铯原子真空容器内的纳米光栅沉积进行了相关研究，采用容器外的控制装置控制机械手对容器内的沉积基片进行更换，通过该方式，成功实现了真空容器外对容器内沉积基片的更换。但是由于机械手装置较为复杂，操纵过程较为繁琐，同时该方法只能实现对沉积基片的内部更换，不能实现对沉积基片的位置操控，不能实现同等真空条件下纳米光栅的多次沉积和比较。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在真空容器外对真空容器内纳米光栅沉积基片位置的操控方法及装置，弥补了现有技术中只能在容器外操控容器内沉积基片的更换而不能移动位置的缺陷。另外，常规步进电机由于使用了电子元器件和永磁材料，无法避免电子元器件在真空容器内***及附着气体释放，以及永磁材料磁力线对基片纳米光栅沉积过程中的干扰，本发明采用不使用电子元器件和永磁材料，仅使用线圈和机械部件的方法成功设计了该装置。

实现本发明目的的技术方案是： 

一种真空容器内纳米光栅沉积基片位置的操控方法，是一种利用真空容器外的控制装置使容器内位移发生器输出步进动作的方式，实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置的移动的方法，该方法包括如下步骤：

（1）在真空容器内设置一个包括电磁击打器、位移发生器、标准位移物件收集器、传动机构、基片位移部件的光栅沉积基片位置的操控装置；

（2）利用真空容器外的控制装置控制上述真空容器内装置中的电磁击打器的固定线圈和活动铁心击打头上线圈的电流方向，铁心击打头在电磁力的作用下作直线往复运动，带动与之连接的击打棒，将设置在位移发生器内的槽管内的标准位移物件推入标准位移物件收集器中；

（3）击打棒每推出一个标准位移物件，位移牵引器在弹性物件的作用下移动一个标准位移物件尺寸大小的行程；

（4）通过连接位移牵引器和设置在基片位移部件上的配重平衡块的钢丝软线及滑轮，带动与之连接的基片位移架及夹装在该架上的基片向上移动一个标准位移物件大小相同的行程，或直接将钢丝软线连接在基片位移架上，而使其基片向下移动一个标准位移物件大小的行程，即可实现沉积基片的位置操控。

实现上述方法的装置主要由电磁击打器、位移发生器、标准位移物件收集器、传动机构和基片位移部件组成，电磁击打器和标准位移物件收集器分别置于位移发生器的槽管通孔两侧, 位移发生器上的位移牵引器伸出槽管外部分通过传动机构与基片位移部件上的基片位移架或者配重平衡块连接, 基片位移架和配重平衡块通过钢丝软线、滑轮相互连接。

所述电磁击打器包括两个带通孔铁心的固定线圈、置于固定线圈之间的带线圈活动铁心击打头和与活动铁心击打头轴线上连接的非金属击打棒。非金属击打棒在固定线圈的铁心通孔内可自由滑动，在容器外控制装置的控制下，固定线圈与击打头线圈发生电磁作用，推动击打头产生直线往复运动，动作完成后断开电源，避免了电磁感应和采用永磁组件对激光驻波场纳米光栅研究中的干扰。电磁击打器各线圈的供电由真空容器外的控制装置提供三组电源，采用常规手段密封引入。

所述位移发生器包括数个用具有一定刚性的材料如金属、聚四氟乙烯、 陶瓷、玻璃等制成的大小相同形状一致的球体或者是至少有两个平行端面的圆柱体或多面体物件(下述简称为标准位移物件)，以及位移牵引器、弹性物件、槽管。标准位移物件、位移牵引器、弹性物件置于槽管内, 位移牵引器置于标准位移物件与弹性物件之间, 位移牵引器伸出槽管部分连接钢丝软线的一端。标准位移物件为球体时直径2-14mm，标准位移物件为圆柱体或多面体时两平行端面距离2-14mm，标准位移物件、位移牵引器、弹性物件、槽管内部尺寸配套使用，标准位移物件、位移牵引器与槽管滑动配合。

所述槽管两端带封闭部件，一端紧贴封口处开有垂直于槽管轴线的通孔，孔大小可供标准位移物件进出，槽管上的槽路平行于轴线，带线圈活动铁心击打头上连接的非金属击打棒可将标准位移物件通过该通孔推出。 置于通孔另一侧的标准位移物件收集器用于收集被推出的标准位移物件。

所述基片位移部件包括基片位移架、配重平衡块、滑轮、支架。基片位移架上装有普通夹具，配重平衡块连接钢丝软线的另一端，基片位移架与配重平衡块通过另一钢丝软线、滑轮相互连接。

利用该发明所述的基片位置操控装置，可以实现在真空容器外操控容器内基片位置的移动，且每次基片移动的距离可以根据需要进行不同的调节，从而可以在保证真空度不变的条件下实现沉积基片的位置变化，有利于实现在同等真空度条件下纳米光栅沉积特性的比较，以判断其他因素对纳米光栅沉积的影响以及各项工作的进行。

附图说明

图1是真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控装置的整体结构示意图；

图2是图1中电磁击打器和位移发生器部件的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示, 一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控的装置，包含电磁击打器1、位移发生器2、标准位移物件收集器3、传动机构、基片位移部件5, 电磁击打器1和标准位移物件收集器3分别置于位移发生器2的槽管通孔两侧，位移发生器2上的位移牵引器202伸出槽管外部分通过传动机构与基片位移部件5上的基片位移架501或者配重平衡块502连接, 基片位移架501和配重平衡块502通过钢丝软线、滑轮相互连接。

位移发生器2、标准位移物件收集器3及基片位移部件5整体安装在一平板上，可以从真空容器的窗口整体取出或者放入，电磁击打器1上的非金属击打棒103垂直于位移发生器2且对准其端部的槽管通孔(可供非金属击打棒103进出的小孔)。

在基片位移操作时通过真空容器外的控制装置进行，由该控制装置控制电磁击打器的固定线圈101和活动铁心击打头102上线圈的电流方向，电磁击打器1的活动铁心击打头102在电磁力作用下前进或后退，带动连接其上的非金属击打棒103将槽管204内的标准位移物件(本例为钢球)201推出后进入位于槽管通孔另一侧的标准位移物件收集器3。非金属击打棒103每推出一个标准位移物件201，在槽管204内弹性物件203的作用下，位移牵引器202移动钢球直径大小的距离, 并通过连接在位移牵引器202和配重平衡块502上的钢丝软线4及滑轮503带动基片位移架501及架上固定放置的基片向上移动一个钢球直径大小的行程，也可将钢丝软线4连接在基片位移架501上而使基片向下移动一个钢球直径大小的行程，达到步进的效果, 沉积基片用夹具固定在基片位移架501上, 从而实现了沉积基片的位置操控。

利用本发明所述方法及装置，可以简单、方便、快捷的实现沉积基片的位置调节, 且避免了真空容器内电磁干扰、电子元器件气体释放及***等对纳米光栅沉积基片研究的影响, 具有较强的实际应用价值, 解决了纳米光栅沉积基片研究领域多年来急待解决的一项关键问题。

Claims (6)

1. 一种实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置的操控方法, 包括真空容器外的控制装置，其特征是：利用真空容器外的控制装置使容器内位移发生器输出步进动作的方式实现真空容器内纳米光栅沉积基片位置的移动，该方法包括如下步骤：

（1）在真空容器内设置一个包括电磁击打器、位移发生器、标准位移物件收集器、传动机构、基片位移部件的光栅沉积基片位置的操控装置；

（2）利用真空容器外的控制装置控制上述真空容器内装置中的电磁击打器的固定线圈和活动铁心击打头上线圈的电流方向，铁心击打头在电磁力的作用下作直线往复运动，带动与之连接的击打棒，将设置在位移发生器之槽管内的标准位移物件推入标准位移物件收集器中；

（3）击打棒每推出一个标准位移物件，位移牵引器在弹性物件的作用下移动一个标准位移物件尺寸大小的行程；

（4）通过连接位移牵引器和设置在基片位移部件上的配重平衡块的钢丝软线及滑轮，带动与之连接的基片位移架及夹装在该架上的基片向上移动一个标准位移物件大小相同的行程，或直接将钢丝软线连接在基片位移架上，而使其基片向下移动一个标准位移物件大小的行程，即可实现沉积基片的位置操控。

2. 一种使用权利要求1所述方法而专门设计的真空容器内纳米光栅沉积基片位置操控装置, 其特征是: 包含电磁击打器（1）、位移发生器（2）、标准位移物件收集器（3）、传动机构和基片位移部件（5），电磁击打器（1）和标准位移物件收集器（3）分别置于位移发生器（2）的槽管通孔两侧，位移发生器（2）上的位移牵引器（202）伸出槽管外部分通过传动机构与基片位移部件（5）上的基片位移架（501）或者配重平衡块（502）连接，基片位移架（501）和配重平衡块（502）通过钢丝软线（4）、滑轮（503）相互连接。

3. 根据权利要求2所述的装置, 其特征是：所述的电磁击打器（1）由两个带通孔铁心的固定线圈（101)、置于固定线圈之间的带线圈活动铁心击打头（102）和与活动铁心击打头（102）轴线上连接的非金属击打棒（103）组成。

4. 根据权利要求2所述的装置, 其特征是：所述的位移发生器（2）包括数个标准位移物件（201）以及位移牵引器（202）、弹性物件（203）、槽管（204），标准位移物件（201）、位移牵引器（202）、弹性物件（203）置于槽管（204）内，位移牵引器（202）置于标准位移物件（201）与弹性物件（203）之间。

5. 根据权利要求4所述的装置, 其特征是：所述的标准位移物件（201）是大小相同的刚性物件且形状为球体或者是至少有两个平行端面的圆柱体或多面体。

6. 根据权利要求2所述的装置, 其特征是：所述的传动机构由钢丝软线（4）、滑轮（503）组成。

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