[发明专利]基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统及方法

说明书

本发明涉及扫描电子显微镜样品台冷却技术领域，提供基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统及方法，该基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统，包括：容器、第一真空腔体和第二真空腔体，还包括样品台、低温冷头以及气源；所述样品台设置于所述容器上，所述低温冷头用于为所述容器提供冷量，所述气源用于为所述容器提供气体，所述低温冷头位于所述第一真空腔体的内部，所述容器和所述样品台位于所述第二真空腔体的内部。该基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统，基于低温液体潜热制冷，在切断低温冷头和容器之间的冷量输送后，系统处于零振动状态，并且样品台能够长时间维持在设定温度，温度波动范围也很小。

技术领域

本发明涉及扫描电子显微镜样品台冷却技术领域，尤其涉及一种基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统及方法。

背景技术

目前，扫描电子显微镜通常只能测试室温环境下的样品温度。近年来也出现了一部分使用液氮作为冷源的扫描电子显微镜冷头，其具体冷却方式是将液氮引入扫描电子显微镜内部直接冷却样品台。此种冷却方式存在着几个问题：一是冷却温度区间窄，使用液氮，温度只能在77K附近；二是控温精度不高，通过控制液氮流量的方式控温难以达到高精度控温，通常温度波动高达1-2K，甚至更高；三是将液氮引入扫描电子显微镜内部，不可避免的引入振动，将显著影响高倍率下微观形貌的观察。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度波动范围小的基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统，以解决现有的冷却样品台方式容易导致振动且温度波动大的问题。

本发明的另一目的是提供一种基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷方法，以使得样品台能够长时间维持在设定温度。

第一方面，本发明实施例提供的基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷系统，包括：容器、第一真空腔体和第二真空腔体，还包括样品台、低温冷头以及气源；所述样品台设置于所述容器上，所述低温冷头用于为所述容器提供冷量，所述气源用于为所述容器提供气体，所述低温冷头位于所述第一真空腔体的内部，所述容器和所述样品台位于所述第二真空腔体的内部。

其中，所述低温冷头通过冷量输运通道与所述容器相连通，所述冷量输运通道上设置有第一热开关。

其中，所述低温冷头的冷源为低温制冷机，所述低温制冷机安装于第一基座上；所述低温制冷机位于所述第一真空腔体的内部，所述第一基座位于所述第一真空腔体的外部。

其中，所述第一基座和所述第二真空腔体位于第二基座上，所述第二基座还连接有减振单元。

其中，所述气源包括气瓶，所述气瓶通过气体输运通道与所述容器相连通，所述气体输运通道上设置有阀门，所述气瓶和所述阀门均位于所述第二真空腔体的外部。

其中，所述气体输运通道上还设置有第二热开关，所述第二热开关位于所述第二真空腔体的内部。

其中，所述第一真空腔体和所述第二真空腔体相互连通。

其中，所述第一真空腔体和所述第二真空腔体的真空度均为0Pa～10⁵Pa。

第二方面，本发明实施例提供的基于低温液体冷却的扫描电子显微镜制冷方法，包括：当所述样品台处于未被观测状态时，所述低温冷头将冷量输送至所述容器，所述气源将气体充入至所述容器；

当所述样品台处于被观测状态时，切断所述低温冷头和所述容器之间的冷量输送，所述气源停止将气体充入至所述容器。

其中，还包括：当所述样品台处于被观测状态预设时间时，重启所述低温冷头和所述容器之间的冷量输送。