[发明专利]具有温度开关的粒子光学设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种装备有具有末端的样品保持器的粒子光学设备，所述末端具体表现为具有附接到所述末端上的样品、用于保持设备的冷源处于低温的冷却设施和用于通过将样品保持器的末端热连接至冷源而对样品保持器的末端进行冷却的热连接装置。

背景技术

这种粒子光学设备在美国专利文献No.5,986,270中是已公知的。

这种粒子光学设备例如在制药工业或在生物研究实验室中被用于研究和/或改进样品。这种设备本质上已公知为，例如TEM(透射电子显微镜)、STEM(扫描透射电子显微镜)、SEM(扫描电子显微镜)和FIB(聚焦离子束设备)。

正如本领域的技术人员已公知地，通常必须在冷却的状态下研究和/或改进这些样品，以便例如使样品受到的所不希望的损伤得到限制。由此采用冷却至低温温度的方式，由此接近例如液氮或者甚至是液氦的温度。

在已公知的设备中，这种情况是通过借助于蒸发液氮或液氦来冷却所述冷源并且利用具有良好导热性的连接装置如辫状铜线将样品保持器的末端连接至冷源而实现的。

随后，已得到冷却的样品可借助于操纵装置被附接到样品保持器上。样品保持器将因此使该样品达到所需温度，并且保持该温度，其后可对该样品进行研究。一般而言，样品保持器还可被可控地进行定位以使得可借助于样品保持器确定可对样品的哪一部位进行研究。

上述方法的缺点在于通常还需要利用相同的设备在室温下对样品进行研究和/或改进。尽管这可通过例如借助于除去蒸发的液体使冷源温度等于室温来实现，但是必须意识到，将冷源从例如液氦温度加热至室温以及相反的过程是一种耗时的过程。这是因为在研究样品的过程中所涉及的位置稳定性必须能够稳定达到几个纳米或者甚至小于0.1纳米，从而使得在研究期间，即便是样品保持器的微小温度改变或者温度漂移都将导致产生更大的位移。

因此需要一种粒子光学设备，所述粒子光学设备能够比当前的粒子光学设备更迅速地改变所述样品保持器温度并且保持所述样品保持器温度稳定。

发明内容

本发明旨在针对所述问题提供一种解决方案。

为此，根据本发明的粒子光学设备的特征在于，所述热连接装置包括热控开关，所述热控开关具有以不同的导热性来区分的至少两种不同状态，结果使得从所述样品保持器的所述末端到所述冷源的导热性对于所述不同状态而言是不同的，这在操作中导致所述样品保持器的温度对于所述热控开关的所述不同状态而言是不同的。

在根据本发明的所述粒子光学设备的实施例中，所述至少两种状态也可通过从所述样品保持器的所述末端到所述设备约在室温下的部分的不同导热性来进行区分。

一般而言，所述样品保持器的所述末端与所述设备处于室温的部分之间有良好的热隔离。这是因为在隔离不良的情况下，所述样品保持器的所述末端的温度将比所述冷源的温度高出许多，且此外，例如更多液氮或液氦将不得不蒸发以保持所述冷源的温度。此时在那种状态下，由此所述样品保持器的所述末端必须保持处于室温，其被良好地热连接至所述设备具有接近于室温的温度的部分，所述样品保持器的所述末端将迅速达到接近室温的温度。应当注意的是，在本文中，句法“接近室温的温度”应解释为包括由于水冷而在所述设备的部分中产生的温度。这种设备通常装备有水冷装置，以便在所述设备中的特定元件尤其是用于粒子光学透镜中的线圈中进行散热。该冷却水的温度通常受到较好地控制，并且具有偏离室温不多的温度，以便例如防止发生冷凝。

在根据本发明的所述粒子光学设备的另一个实施例中，冷却设施具体体现为使所述冷源保持处于低温温度。通过例如借助于辫状铜线在低温温度下将所述冷源连接至外部冷却装置，所述冷源可保持在接近所述外部冷却装置温度的一定温度下。

在根据本发明的所述粒子光学设备的又一个实施例中，通过所述冷却设施通过允许液体蒸发而保持所述冷源处于低温温度。

通过允许低沸点液体蒸发，可实现具有所述蒸发液体的温度的外部冷却。

应当注意的是所述蒸发可发生在大气压下，但是也可发生在显著偏离大气压的压力例如大大降低的压力下。

在根据本发明的所述粒子光学设备的再一个实施例中，所述蒸发的液体是液氮或是液氦。通过允许例如液氮在保温瓶(杜瓦容器)中蒸发，温度大约达到77K，而当使用氦时，温度达到4K。应当注意的是，在后一种情况中，所述氦通常位于杜瓦容器中，所述杜瓦容器被置于液氮中以便防止氦过快蒸发。

在根据本发明的所述粒子光学设备的另一个实施例中，所述热控开关包括可以机械方式产生位移的元件。