特高压应用中的样品传输

某些科学研究领域需要原子清洁表面和低污染率。在这些情况下，超高真空(UHV)环境是必不可少的。

UHV系统给用户带来了许多独特的挑战，但用户最关心的可能是如何最好地操作真空外壳内的样品。对于大多数应用，实现这一点的最经济可靠的方法是使用磁耦合样品传输臂.

本文讨论了在选择用于特高压应用的磁耦合传递臂时应考虑的关键问题。

通常情况下,这个术语超—高真空(UHV)是指压力在10之间的环境^－5和10^－10Pa。特高压不同于高真空(HV)，后者的压力范围从10左右开始^－1，扩展至10^－5Pa。^5.

对于使用特高压系统的研究人员来说，这种压力差是明显的。在高压环境下，表面将在大约1秒内完全被一层污染气体或蒸汽覆盖。相比之下，在特高压环境下的表面大约需要1天的时间才能被这种污染物单层覆盖。^1.

这表明，特高压对于表面科学的应用是必不可少的，因为只有在特高压压力或更低的条件下才能制备原亚博老虎机网登录子清洁的表面并研究它们。^6.多种制造技术也需要超高压压力来防止污染，如原子层沉积(ALD)、分子束外延(MBE)和化学气相沉积(CVD)。^2.，4

有许多表面分析技术依赖于超高压环境，以允许需要测量的光子、电子和离子（相对）自由通过。这些技术包括X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）和二次离子质谱（SIMS）。

类似地，粒子加速器通常维持特高压环境，以便粒子相对不受阻碍地四处移动。yabo214在大型强子对撞机的真空系统中，光束压力保持在10之间^－8和10^－9Pa是世界上最大的特高压系统。^7.

操作特高压样品的挑战

特高压系统经过精心设计，以防止外界进入，这在特高压系统内的样品操作或转移方面带来了重大的工程挑战。

在超高压室内产生机械运动的常用方法有三种：

• 通过真空壁的真空密封机械联轴器
• 把运动从腔外传到腔内的磁力联轴器
• 或使用具有低蒸汽压的特殊润滑脂的滑动密封。^8.

磁耦合传输臂为大多数应用提供了最经济和可靠的选择。⁹这些设备非常适合旗帜式样品支架的操作，因为它们允许线性平移和旋转，而不需要在特高压腔的表面上密封孔。

利用磁耦合转移臂操纵样品

当计划使用磁耦合传输臂进行样品传输时，所需要的运动类型通常是需要考虑的第一个元素。一般来说，磁耦合转移臂只能实现线性运动，或者可以实现旋转和线性运动的结合。多轴传递臂，如特高压设计公司的Elevating PowerProbe系列，为样品收集和传递提供额外的升降运动，这意味着用户有时可以避免使用二次运动工具。

除了这些运动选项，磁耦合转移臂为用户提供了几种抓取样本旗帜的机制。例如，由UHV Design开发的PowerProbe系列磁耦合传输臂提供了通过旋转轴控制的旗子夹持机构，以及在旋转时锁定样品旗子的旗子切换机构。锁定夹持机构也可用，这是由一个单独的旋转锁定环在轴上控制。¹⁰

一旦做出这些决定，就必须考虑转移臂的机械性能。总的来说，由于传递臂的重量和刚度，传递臂容易发生下垂、偏转和径向偏差。所有这些问题如果不加以适当处理，就会导致样品处理方面的困难。

下垂是指转移臂在完全伸展时的自然下垂。当安装到腔室或载荷锁上时，所有的样品臂都很容易在自身的重量下弯曲，当它们完全展开时。

可以使用端口对准器校正下垂，该对准器可以调整和对准法兰之间的距离和角度关系。

偏转是另一个相关现象，例如，当卸载样品时，转移臂会弹出。为了避免像这样的垂直偏转，正确描述样品臂的偏转是至关重要的。

考虑下面的计算：

• 对于0.7 Kg的基材，叉子的高度将变化约13毫米。
• 使用0.7 Kg的基材和600 mm的支撑，叉子的高度变化将小于2 mm。
• 对于0.4 Kg的基材，叉高会变化约7毫米。
• 用0.4 Kg的基材和600 mm的支撑，叉高的变化将小于1 mm。

另一种类型的偏差称为径向偏差，也称为臂滚。这是样品臂在经历线性运动时的不受控制的旋转运动。对于大多数应用，重要的是使用具有低径向偏差的转移臂。例如，特高压设计的LPP40可选择将径向偏差限制在±0.5°以上。

UHV Design是设计、制造和供应市场领先的HV和UHV运动和加热产品的专家。他们的PowerProbe系列样品传输臂可在UHV环境中提供异常平滑和精确的线性和旋转运动。

PowerProbe系列在低负载下提供无与伦比的耦合强度、卓越的轴向刚度和零齿隙。PowerProbe样品传输臂可烘烤至250°C，无需移除外部磁性组件，共同为研究人员提供了大范围的移动和标记样品传输选项，可配置红色，适用于任何超高压应用。

参考资料及进一步阅读

1. 什么是特高压-奥赛物理学。可以在:http://www.orsayphysics.com/what-is-uhv. （访问：22）^nd2020年8月)
2. 沉积|特高压应用-特高压设计。可以在:https://www.uhvdesign.com/applications/deposition. （访问：22）^nd2020年8月)
3. 粒子加速器|波束诊断。可以在:https://www.uhvdesign.com/applications/particle-accelerators. （访问：22）nd2020年8月)
4. Benkouider,。et al。带隙工程中SiGe纳米线的选择性生长和排序。纳米技术25日(2014年)。
5. 高、超高、超高真空的基本原理。可以在:https://www.vacuum亚博老虎机网登录scienceworld.com/ultra-and-extreme-high-vacuum#use_cases_and_applications. （访问：22）^nd2020年8月)
6. 表面科学表面分析亚博老虎机网登录|应用。可以在:https://www.uhvdesign.com/applications/surface-亚博老虎机网登录science. （访问：22）^nd2020年8月)
7. 一个像星际空间|一样空旷的真空。可以在:https://home.cern/亚博老虎机网登录science/engineering/vacuum-empty-interstellar-space. （访问：22）^nd2020年8月)
8. 超高真空实践-G.F.韦斯顿-谷歌图书。可在以下网址获得：https://books.google.co.uk/books?id=0_QkBQAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=ultra +高+ vacuum&hl = en&sa = X&ved = 2 ahukewjdlcqyz67rahxjh1wkhw9ld_cq6aewahoecaqqag # v = onepage&q =超高vacuum&f = false. （访问：22）^nd2020年8月)
9. 样品传输武器小册子|特高压设计．
10. 样品传送武器|制造商|供应商。可以在:https://www.uhvdesign.com/products/sample-transfer-arms/flag-sample-transfer-options. （访问：22）^nd2020年8月)

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