Криостат для исследования образца

 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при исследовании электрических параметров полупроводниковых приборов. Целью изобретения является повышение точности измерений и снижение расхода хладагента. Образец и датчик температуры укрепляют на участке теплового моста 6, расположенном в верхнем отсеке теплоизолированной камеры 3 под перегородкой 7. Через переливную трубку 11 в нижний отсек камеры 3 поступает парожидкостная фаза хладагента, охлаждающая тепловой мост 6 и поступающая через дренажные отверстия в перегородке 7 в верхний отсек, откуда по трубе 13 пары выводятся наружу. Внешний экран 4 камеры 3 обеспечивает электромагнитную защиту образца, а внутренние экраны 5 выравнивают температуру объема камеры 3. Возможность подвода хладагента в виде парожидкостной фазы в нижний отсек камеры реализует весь температурный диапазон без резких температурных перепадов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 25 D 3!10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (:.Ь."!10 гс,-А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П1НТ СССР (21) 4440710/31-13 (22) 15.06.88 (46) 07.04.90. Бюл. ¹ 13 (71) Институт ядерных исследований

АН УССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро с экспериментальным производством Института ядерных исследований АН УССР (72) Е.IÎ.Áðàéëîâcêèé и В.И.Кочкин (53) 621.565(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 994874, кл. F 25 D 3/10, 1978.

„„SU„„1555607 А 1

2 (54) КРИОСТАТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦА (57) Изобретение относится к криоген- ной технике и может быть -использовано при исследовании электрических параметров полупроводниковых приборов. целью изобретения является повьппение точности измерений и снижение расхода хладагента. Образец и датчик температуры укрепляют на участке теплового моста 6, расположенном в верхнем отсе 1555607

45 ке теплоизолированной камеры 3 под перегородкой 7. Через переливную трубку 11 в нижний отсек камеры 3 поступает парожидкостная фаза хладагента, охлаждающая тепловой мост 6 и посту5 пающая через дренажные отверстия в перегородке 7 в верхний отсек, откуI@a по трубе 13 пары выводятся наружу.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при исследовании электрических параметров полупр ов одни ковых приборов и структур в температурном интервале от азота и выше комнатной, в частнос- 20 ти при применении метода нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней.

Цель изобретения — повышение точности измерения и снижение расхода 25 хладагета.

На фиг. 1 изображен криостат, разрез; на фиг. 2 — теплоизолированная камера, разрез, вид сбоку.

Криостат для исследования образца 30 содержит сосуд Дьюара 1 с нагревателем 2 и теплоизолированную камеру 3, снабженную внешним 4 и внутренним 5 экранами и тепловым мостом 6 и разделенную горизонтальной перегородкой 7

35 с дренажными отверстиями на два отсека. Один из отсеков предназначен для охлаждаемого образца 8 и образован в верхней части камеры 3 между ее стенками и перегородкой 7. Участок теплового моста 6, расположенный пад пер егородкой 7 „пр едназначен для кр епления образца 8 и датчика 9 температуры, например термопары. Камера 3 имеет нагреватель 10, выполненный плоским, который закреплен на тепловом мосту 6 под перегорбдкой 7. Иамера 3 сообщена с сосудом Дьюара 1 переливной трубкой 11, верхний конечный участок которой имеет контакт с

50 нагревателем 10. На другом конце переливной трубки 11 укреплен нагреватель 2 сосуда Дьюара 1. Устройство содержит блок. 12 регулирования температуры, к которому через трубку

13 подсоединены нагреватели 2 и 10 и датчик 9 температуры. Теплоизолированная камера 3 крепится в сосуде .

Дьюара 1 на трубе 13 через уплотниВнешний экран 4 камеры 3 обеспечивает электромагиитную защиту образца, а внутренние экраны 5 выравнивают температуру объема камеры 3. Возможность подвода хладагента в виде парожидкостной фазы в нижний отсек камеры реализует весь температурный диапазон без резких температурных перепадов.2 ил. тельный узел 14 на верхней крышке.. Нагреватель 2 изолирован со стороны хладагента.

Криостат работает следующим образом.

После установки образца 8 в измерительный отсек теплоизолированную камеру 3 помещают в сосуд Дьюара 1 с хладагентом. В блоке 12 регулирования температуры устанавливают скорость охлаждения, при этом включается нагреватель 2 и через переливную трубку 11 в нижний отсек дозированно поступает парожидкостная фаза хладагента, который, испаряясь в этом отсеке и охлаждая тепловой мост 6, через дренажные отверстия в перегородке 7 поступает в верхний измерительный отсек для образца 8 и по трубе 13 выводится наружу, охлаждая при этом контактное устройство и подводящие провода. При этом температуры пара и теплового моста 6 одинаковы, что устраняет температурный градиент по образцу 8.

При достижении необходимой температуры, зафиксированной датчиком 9, например термопарой, блок 12 регулирования температуры работает в следующем режиме, автоматически подключая нагреватель 2 для охлаждения или нагреватель 10 для повышения температуры. Внешний металлический экран 4 необходим для электромагнитной защиты образца 8 от наводок, в то время как внутренние экраны 5 выравнивают температуру объема теплоизолированной камеры, сглаживая и устраняя температурные колебания, недопустимые при измерениях. При необходимости быстрого охлаждения измеряемого .образца 8 .теплоизолированная камера 3, благодаря узлу 14, имеет возможность вертикального перемещения и может соприкасаться тепловым мостом 6 с уровнем

15556 хладаге, что совместно с нагревателем 2, подающим парожидкостную фазу хладагента в нижний отсек камеры 3, -форсировано понижает температуру об5 разца 8 до температуры хладагента.

Повьппение температуры осуществляется . . через блок 12 регулирования температуры, при этом нагреватель 2 выключается, прекращая подачу парожидкостной 1р фазы хладагента в нижний отсек теплообменника, и включается нагреватель

10, который обеспечивает с одной стороны теплоприток по тепловому мосту

6 к образцу 8, а с другой — повышая температуру газа в этом отсеке, а следовательно, и внутренних тепловых экранов 5, что стабилизирует температуру верхнего измерительного отсека для образца 8 и устраняет градиент температуры на измеряемом образце 8.

Конструкция данного криостата обеспечивает более высокую производительность и точность измерений при одновременном уменьшении расхода хлад- 25 агента. Благодаря наличию в камере двух раздельных отсеков, изготовленных из материала с плохой электрои тепловой проводимостью, но имеющих внешние и внутренние металлические экраны (медные), обеспечивается электромагнитное экранирование и малая тепловая инерционность, наличие между отсеками перегородки с дренажными отверстиями и теплового моста, а также выполнение нагревателя камеры плоским и соединение последнего с тепловым мостом обеспечивает регулирование температуры измеряемого образца через ,тепловой мост и пары хладагента, что 4О устраняет градиент температуры по образцу. Возможность подвода хладагента,в виде парожидкостной фазы в нижний отсек камеры реализует весь температурный диапазон без резких тем- 45 пературных перепадов. Теплоизоляция нагревателя переливной трубки от внешней криогенной жидкости позволяет подавать хладагент, находящийся непосредственно в трубе в виде паро- 5р жидкостной фазы, в нижний отсек камеры.

07 6

Наличие внутренних тепловых экранов в двух отсеках камеры обеспечивает выравнивание температуры.

Возможности вертикального перемещения теплоизолированной камеры в сосуде Дьюара обеспечивает пре необходимости форсированного охлаждения контакт теплового моста с хладагентом (криогенной жидкостью) и отсутствие его при других режимах работы и более высоких температурах.

Конструкция криостата совместно с блоком регулирования температуры позволяет ступенчатое охлаждение или ступенчатый нагрев со стабилизацией температуры на заданном уровне необходимое время: либо производить непрерывный нагрев или охлаждение с регулируемой скоростью, причем как нагрев, так и охлаждение можно проводить с любого уровня температур.

Формула изобретения

Криостат для исследования образца, содержащий сосуд Дьюара с нагревателем и теплоизолированную камеру с отсеком для охлаждаемого образца, нагревателем с датчиком темттератуоы, переливную трубу, блок регулирования температуры, соединенный с нагревателями и датчиком температуры, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения расхода хладагента, теплоизолированная камера снабжена внешним и внутренним экранами и тепловым мостом и разделена горизонтальной перегородкой, при этом отсек для охлаждаемого образца образован в верх-ней части камеры между ее стенками и перегородкой, а участок теплового моста, расположенный над перегородкой, предназначен для крепления образца и датчика температуры, причем нагреватель камеры выполнен плоским,.закреплен на тепловом мосту под перегородкой и имеет контакт с конечным участком переливной трубки, а нагреватель сосуда Дьюара укреплен на другом конце переливной трубки.

1555607

Составитель 11.11абалина

Редактор А.Козориз Техред )1, Серд акова Корректор О. Кравцова

Тираж 447

Подписное

Заказ 550

ВН1П1ПИ Государственного комитета > изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101