[发明专利]用于磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统

说明书

技术领域

本发明涉及低温强磁场平台上的高精度磁矩和电信号测量技术，尤其涉及一种用于磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统。

背景技术

随着半导体自旋电子学研究的不断深入，对半导体自旋电子材料以及相关器件结构中自旋相关物理性能的测试设备功能要求也在不断地提高。Quantum Design公司基于超导量子干涉仪(SQUID)的磁学性质测量系统(MPMS，Magnetic Property Measurement System)是世界公认的顶级测量平台，具有很高的磁矩测量精度(～10-8emu)，可以很好地对磁性半导体样品的磁性质(磁信号通常仅为10-7～10-5emu)进行表征。然而随着半导体自旋电子学研究的不断发展，简单的电学和磁学分离测试已经不能满足深入研究的需求，基于SQUID-MPMS的磁学和电学性质同步测量方法对于探索优质可实用的半导体自旋电子材料、调控其电子自旋自由度以及研制相关半导体自旋电子器件尤为重要。

图1为现有技术超导量子干涉仪中密封腔系统的结构示意图。如图1所示，该密封腔系统包括：密闭腔10、传输台20、超导磁体30、圆柱形样品腔40和样品杆60。其中，样品杆60的主体部分(61和63)伸入圆柱形样品腔40内，其下段63设置用于固定待测样品50的无磁性样品托，其上段62具有凹槽。传输台20位于样品杆60的上方，其在样品杆上段62凹槽的对应位置具有卡箍21。该卡箍21夹紧样品杆上段的凹槽，驱动样品杆60在圆柱形样品腔40内上下运动。超导磁体30位于圆柱形样品腔的左右两侧。样品杆60、圆柱形样品腔40和超导磁体30位于杜瓦系统10内。

图2为图1所述密封腔系统中传输台顶端密封的示意图。如图2所示，传输台20顶端密封固定中空的树脂玻璃圆柱体22。塑料密封塞23塞住树脂玻璃圆柱体22的开口处。为了实现可靠密封，树脂玻璃圆柱体中空部具有凹槽，在该凹槽内设置O型橡胶密封圈24，该O型橡胶密封圈24与内侧的塑料密封塞23紧密配合。

图3为磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统中信号探测的示意图。请参照图3，在SQUID密封腔系统中待测样品50的磁信号由位于圆柱形样品腔40外侧的磁信号探测线圈70通过电磁感应原理采集，不需要由圆柱形样品腔40内设置导线；而待测样品50的电信号需要通过导线80由圆柱形样品腔40内传输到外侧。在这种情况下，常规的SQUID密封腔系统面临了以下几方面的问题：

(1)高精度磁性测量要求极高的温度稳定性和磁场均匀性，因此SQUID磁强计的样品腔被设计成内径仅为9mm的圆柱形样品腔，引入导线可操作的空间很小；

(2)为了防止具有较高顺磁磁化率的氧引入的磁背景信号，必须保证圆柱形样品腔的密封性；

(3)为了尽量减小背景磁信号的影响，要求样品托均匀细长且呈抗磁性，而样品要位于样品托的中间位置附近。因此，原有系统用的无磁性塑料吸管非常不便于焊有导线的样品的装入。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统。

(二)技术方案

本发明用于磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统包括：杜瓦系统10；圆筒形样品腔40，位于该杜瓦系统10内；样品杆60，其中段61和下段63伸入圆筒形样品腔40内，待测样品50固定在样品杆下段63的样品托上，传输台20，设置于杜瓦系统10的上方，与样品腔40密闭连接，其上侧开口；密封柱状体，固定于传输台20的顶端，包括：两侧开口的柱状体内筒25，其下侧密封固定于传输台20；单侧开口的柱状体外筒26，其下侧开口，套接与柱状体内筒25的外侧，且两者之间通过挤压O型橡胶密封圈27实现密封，该柱状体外筒的上方开设有具有螺纹的圆孔；快接接头28，通过O型橡胶密封圈29密封固定于柱状体外筒26上方的圆孔，该快接接头具有若干个导电针28a；其中，导线80由待测样品的相应测试点引出，在样品杆60上固定，并通过快接接头上的导电针由圆筒形样品腔40内引出。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明用于磁学和电学性质同步测量的SQUID密封腔系统具有以下有益效果：

(1)设计了树脂玻璃内、外圆柱筒，两者通过O型橡胶密封圈密封；又在外筒顶端加工了螺纹孔，用于密封快接接头的固定，两者也是通过挤压O型橡胶密封圈密封，从而实现了导线的引入，内外圆柱筒的设计方便了样品杆顶端导线和快接接头间的连接，克服了空间狭小的困难。