稀释致冷超高真空极低温强磁场扫描隧道显微镜系统 USM1600 技术式样
技术式样
| 指标 | 描述 | |
|---|---|---|
| 1 | 快速进样腔室 真空度 | 材料为不锈钢304，腔体外径为114mm，内壁电化学抛光处理。 烘烤前的情况下好于 5.0 × 10-7torr；烘烤后优于 1.0 × 10-8torr； |
| 安放台 | 固定在磁力传送杆上的安放台能够安放4个样品架和4个针尖架。 | |
| 磁力杆 | 一根磁力传送杆用于在快速进样室和制备室之间传送针尖和样品。 | |
| 样品解理功能 | 在停放台的前端位置加装一个特殊停放位置，利用对侧的固定在ICF70法兰上的解理刀在真空条件下完成解理样品； | |
| 漏气阀 | 手动漏气阀，阀门尺寸为ICF70，通过连接6 mm塑料管进气。 | |
| 加热丝 | 腔体配有400 W自动温控调节加热丝，用于腔体烘烤除气 | |
| 2 | 制备腔室 真空度 | 材料为不锈钢304，腔体外径为253 mm，内壁电化学抛光处理。 烘烤后真空度优于3.0 × 10-10torr |
| 样品操纵台 | 操纵台上能够安放4个样品架和4个针尖架。操纵台上有一个样品台提供直流和电子束轰击加热功能，样品加热台可90度翻转，样品面朝下，用于RHEED测量和样品生长。操纵台可以360度水平转动及竖直线性移动。 | |
| 样品加热台 | 直流电加热：1300 deg. C 电子束轰击加热：1800 deg. C 3分钟 1500 deg. C 5分钟 1000 deg. C 1小时 *样品尺寸：4*4mm 温度监测：无调控样品加热温度的传感器。需要在真空腔体外使用红外测温仪进行样品加热温度的监测。 |
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| 针尖处理 | 一个针尖架停放位置，可以用于电子束轰击加热针尖和独立加高压； | |
| 样品操纵台的动作 | 操纵台是五维组合（运动方向：Z和Θ 和 X,Y方向，以及倾斜翻转）； | |
| 磁力杆 | 使用磁力传送杆，在制备室和转换室之间进行样品和针尖的传送。可360˚旋转 | |
| 加热丝 | 腔体配有600W自动温控调节加热丝，用于腔体烘烤除气 | |
| 扩展法兰口 | 多个观察窗及用于薄膜生长的标准法兰接口：1个ICF 70和ICF152法兰用于安装RHEED，1个ICF114法兰用于生长，6个ICF70法兰用于生长，1个ICF114和2个ICF70法兰用于观察，4个ICF70法兰作为扩展法兰。位置可根据客户的需求进行调整。 | |
| 3 | 观察分析腔室 | |
| 3.1 | 观察分析腔室 转换室 | 材料为不锈钢304，腔体外径为114 mm，内壁电化学抛光处理。 |
| 真空度 | 烘焙后并用液氮对插入室冷却后优于3.0 × 10-10torr | |
| 安放台 | 固定在磁力传送杆上的安放台能够安放4个样品架和4个针尖架。 | |
| 磁力杆 | 使用带有重力平衡装置的磁力传送杆，在转换室和STM扫描头之间进行针尖和样品的传送。 | |
| 加热丝 | 腔体配有400 W自动温控调节加热丝，用于腔体烘烤除气 | |
| 法兰 | 3个ICF70观察窗，3个ICF70扩展法兰用于生长或者导入气体。法兰的规格、位置可根据客户的需求进行调整。 | |
| 3.2 | 磁场和杜瓦 磁体 | 单层低温液氦低温杜瓦用于稀释制冷系统。制冷功率好于50 uW@100 mK。可以在一个自然周内从室温(300 K)降至最低温度(40 mK)。配有液氦液面计及正压安全阀。 液氦低温矢量超导磁体，X、Y、Z方向最大磁场为±2 T、±2 T、±9 T：使用矢量磁场模式时，最大可运行磁场为2 T。切断磁场电源后，磁体可在持久电流模式下运行，无热量损耗。 |
| 磁体控制系统 | 一套矢量磁场控制主机，三台磁体控制器，每台磁体控制器最大输出电流为120安培，三维矢量磁场控制软件用于操控磁场方向与强度。 | |
| 杜瓦 | 单层隔离结构液氦低温杜瓦，容量大于90升； | |
| 消耗速率 | 4.2 K standby mode 0.5 l/hour或12 L/day 40 mK operation mode 0.55 l/hour或13.2 L/day |
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| 低温杜瓦液氦高度计 | 测量低温杜瓦液氦液面高度 | |
| 插入室 | 稀释制冷插入单元包括热屏蔽台，1 K pot ，Still与分级热交换器和MixingChamber组成，样品最低温度小于40 mK（0 T磁场），＜ 100 mK（9 T磁场）； | |
| 温度控制传感器 | 烘焙后并用液氮对插入室冷却后优于3.0 × 10-10torr | |
| 安放台 | 温度传感器应能够覆盖系统的全温区范围，具有高灵敏度和良好的重复性。所有的系统温度通过远程软件监测和控制。 | |
| 自动气体循环控制系统 | 所有的泵及电动阀门都通过软件控制； | |
| 3.3 | STM头 减震 | 材料由氮化铝陶瓷和及其他无磁性的材料。 扫描头内部减震采用螺旋弹簧减震方式。 |
| XY方向扫描范围 | 在室温/4.2 K/40 mK 温度下 ＞ 2/0.6/0.4 微米； | |
| Z方向工作范围 | 在室温/4.2 K/40m K 温度下 ＞ 250/70/60 纳米； | |
| 粗动范围 | 样品在XY方向的粗移动范围不小于直径1 mm圆圈（任何温度下）， 针尖在Z方向的粗移动范围不小于5 mm（任何温度下）； |
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| 分辨率 | 原子级分辨率; | |
| Z向分辨率 | ＜0.01 nm; | |
| XY向分辨率 | ＜0.05nm; | |
| 温飘 | 77 K情况下XY方向＜2 nm/hour, Z方向＜3 nm/hour，4.2 K情况下XY方向＜100 pm/hour，Z反向＜100 pm/hour，40mK情况下＜50 pm/hour,Z方向＜50 pm/hour； | |
| 能量分辨率 | 在40 mK温度下的能量分辨率优于0.1 meV; | |
| 噪音 | 在40 mK情况下，topo信号（FFT）小于1 pm/√Hz； | |
| 最小隧穿电流 | 2 pA; | |
| 针尖架 | 5个 | |
| 样品架 | 3个直流DC样品架，3个电子束轰击EB样品架。 | |
| 真空系统 | ||
| 真空计 | 包含3个离子真空计。分别用于快速进样室，制备室，转换室共用多通道真空规控制器。 | |
| 真空阀门 | 2个ICF114(VAT)手动闸板阀分别连接在快速进样室和制备室之间、以及制备室和转换室之间。ICF70的手阀连接在3He插入室和转换室之间。1个气动角阀用于快速进样室的气体隔离与抽放控制。所有阀门应为金属密封结构，适用于超高真空环境，并可在烘烤条件下稳定工作。 | |
| 离子泵及钛泵 | 抽速300L/s离子和钛升华组合泵安装于制备室。 抽速150L/s离子和钛升华组合泵安装于转换室。 |
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| 离子泵控制器 | 2个安捷伦公司生产的离子泵控制器及2个安捷伦公司生产的钛泵控制器。每台控制器应具备高压输出（≥7 kV）、电流监测、过流保护及远程控制功能。包含2x 7 m 高压电缆和2x 10 m 钛泵加热电缆。 | |
| 分子泵及干泵 | 抽速280 L/s分子泵和110 L/min涡旋干泵用于抽真空腔体。一台抽速110 L/min的干式前级泵用来抽1 K pot ，一台抽速400 L/s分子泵与抽速110 L/min干式前级泵用于稀释致冷循环气路。 | |
| 4 | 减震台 | 配备被动式振动隔离台一套，由无磁不锈钢制造，有四个被动空气阻尼腿支撑，隔绝与地面的振动耦合；减震台高度为有坑实验室方案。 |
| 材料 | 采用非磁性不锈钢304减少磁场对于减震台的影响 | |
| 台面尺寸 | 大约1300 L×1000 W×900 H mm | |
| 重量 | 大约700 Kg | |
| 氮气或者压缩空气 | 氮气瓶及10 Kg/cm2 的减压阀需由用户自行准备，通过外径6 mm的塑料管进行连接。 | |
| 5 | STM控制器 | Nanonis版(Nanonis Mimea BP5e, HVA, HVS, PMD,SC) SPM控制器和操作控制软件及电脑；控制器内包含Lock-in功能信号放大器，其可用于dI/dV数据的测量；配备有DLPCA-200 (FEMTO)型可变增益低噪声电流放大器及完整的接口和线缆可精准测量STS；同时还配备有Bias分频器可在毫伏范围内测量I--V分光谱，以及为反馈回路配备高频过滤器；适配器还可连接外加Lock-in功能信号放大器。配备全套高精度控制器和操作控制软件及电脑。 |
| 6 | 配件 | |
| 直流电源 | 12 V-12 A 直流电源 | |
| 探针 | 包含10根铂铱针尖。 | |
| 样品安装工具 | 1套。 | |
| 照明光源 | LED照明光源及ICF70卡套：2套 | |
| 工具箱 | 1个。 | |
| 液氦输液管 | 1根。 | |
| 烘烤系统 | 加热丝及温度传感器已经安装在了每个腔上，另外有10根加热带。自动控制烘烤温度不高于170 ℃ | |
| 安装手册 | 1套。 | |
| 安装 | ||
| 到货安装 | 2名工作人员在现场进行安装及运行预先测试。（室温状态下）达到真空状态后，1名工作人员会进行验收实验和操作培训。 | |
| 验收实验 | 确认仪器的性能和功能。（@40mK和强磁场） HOPG：非超高真空和粗真空；Si(111)：超高真空，DC加热； 或Au原子图像：超高真空，Ar溅射，加热； 在40 mK获得Al超导能隙。 |