角分辨光电子能谱仪
Angle-resolved photoemission spectroscopy and Molecular beam epitaxy system

型 号:DA30L-8000
制 造 商:Scienta-Omicron Inc
存 放 地 点:571栋116
主要功能及特色
原位一体化研究:集成MBE制备与ARPES精密探测于同一超高真空互联系统,实现从原子级薄膜/界面生长到电子结构解析的全流程原位研究。
极限真空保障本征性:依托优于 1×10⁻¹⁰ mbar 的超高真空互联通道完成样品生长、处理与表征,避免空气暴露与污染,确保测得电子结构反映材料本征性质。
高分辨电子结构表征能力:ARPES具备≤1.0 meV能量分辨率与<0.1°角分辨率并配备多气体单色化紫外光源,可精细解析超导能隙、拓扑表面态等费米能级附近关键结构,同时MBE支持多源精密生长与RHEED原位监控。
主要技术指标
1.角分辨光电子能谱
(1)能量分析器
①工作距离30-40 mm;
②样品和透镜入口之间没有加速电场,防止相对位置变化影响测试结果;
③透镜系统不使用网格,避免对低能电子角图案的干扰;
④使用MCP/数字相机探测器,探测器直径 ≥ 40 mm,同时可用能量通道 > 1000,同时可用角通道 > 750,所有能量通道总噪声技术 < 2 cps,平均每个通道噪声 < 0.01 cps,每像素可用动态范围 > 7 bit,探测器信息读出速率 > 70 帧/s;
⑤能量分辨率:≤1.0 meV FWHM @ 2 eV通过能;
⑥通过能:0.5, 1, 2, 5, 10 eV;
⑦不小于九个入口狭缝;
⑧透镜接收角:± 19°;
⑨角模式:± 3.5°, ± 7°, ± 15°;
⑩具备双重偏转模式:使用静电偏转方式,偏转模式工作时,透镜无需机械移动,以保证长期使用的可靠性,偏转模式线性扫描范围Theta x,y 角:± 3.5°, ± 7°, ± 15°,偏转模式旋转扫描范围Theta x,y 角:± 3.5°, ± 7°, ± 15°;
⑪角分辨率:< 0.1° 使用 0.1 mm 光斑;
⑫Transmission模式电子能量范围:0.5 ~ 12 eV,角分辨模式电子能量范围:0.5-12 eV,偏转模式电子能量范围:0.5-12 eV;
⑬使用另一套高压板卡扩展能量范围,扩展后:能量分辨率:≤ 1.8 meV FWHM @ 2 eV通过能,通过能:2, 5, 10, 20 eV,Transmission模式电子能量范围:0.5-100 eV,角分辨模式电子能量范围:0.5-100 eV,偏转模式电子能量范围:0.5-100 eV。
(2)分析腔
①采用双层μ金属屏蔽,在普通地磁场环境下,保证空腔体测量位置的剩磁< 0.1 μT;
②腔体漏率不大于3E-10 mbar*L/s;
③腔体高度 ≥ 700 mm,外径OD 306 (±2) mm。
(3)多气体高辉度单色化(光栅型)紫外光源
①高辉度紫外光源,可多种气体兼容,能量分辨率:不大于1meV @ He I 21.2 eV;输出能量范围:8.4 eV(Xe),10.03 eV(Kr),11.62 eV(Ar),16.67 eV(Ne),21.2 eV(He I),40.8 eV(He II);
②紫外光通量:> 1E14 photons/sec;
③紫外光栅单色器,要求包含单色器腔体,紫外光栅:He I(21.2 eV)/He II(40.8 eV);超环面结构,一块光栅,通过调节角度,实现He I和He II两个能量的单色化;
④工作距离:10-15 mm;
⑤样品处最小光斑:~0.5 mm(10 mm工作距离处),样品处(1 mm2)的最大光子数:~ 1012 光子/秒;
⑥高纯气体纯化及快速切换模块,高纯气路:He,VCR连接方式。
(4)六轴开循环低温样品架
①采用开循环制冷方式,具备面内旋转和倾角旋转两维转动;
②采用柔性液氦输液杆(长度2 m)及真空机械手(行程150 mm);
③样品托尺寸不小于15.5×18 mm,样品台温度范围:6 K-325 K,温控系统,PID控温模式,温度精度:± 0.1 K;
④俯仰角(Tilt)旋转范围:60°(-15°, +45°),转动精度:< 0.1°,由马达控制。面内角 (Azimuthal)旋转范围:240°(-120°, +120°),转动精度:< 0.1°,由马达控制;
⑤X/Y位移:± 12.5 mm,马达控制,控制精度:≤ 0.01 mm;
⑥Z位移200 mm或500 mm,马达控制,控制精度:≤ 0.01 mm;
⑦极角Polar:通过差分抽气旋转平台实现,旋转范围:± 180°,控制精度:≤0.1°(步进马达控制);
2.分子束外延系统
①分子泵(抽速不低于380 L/s)搭配涡旋干泵,腔体在充分烘烤后,本底真空好于5E-10 mbar;
②配备真空规(压力范围覆盖大气压至2E-11 mbar);
③4轴高低温样品操纵台,样品台温度范围:120 K-1000℃,样品托要求与六轴开循环低温样品架的样品托兼容;
④搭配膜厚测量仪;
⑤配置温度范围100-1100℃的蒸发源,3套,内置水冷模块,气动挡板系统。配置温度范围300-1500℃的蒸发源,2套,内置水冷模块,气动挡板系统;
⑥搭配离子枪,能量调节范围:0.1-3 kV;工作气压:1E-5~1E-6 mbar;
⑦配置高能电子衍射系统,电子束能量:7-15 kV可调,包含图像采集及数据分析系统。
3.超高真空系统
(1)角分辨光电子能谱超高真空腔系统
①超高真空抽气系统要求分子泵搭配机械泵(泵组的配置能满足分析腔经充分烘烤后,达到 < 1E-10 mbar的真空),含气动插板阀及必要的真空规;
②搭载多级分子泵,主泵的N2抽速不低于685 L/s;
③搭载吸附剂泵,抽速不小于2000 L/s,安装在抽气腔;
④超高真空抽气腔体,要求采用超高真空标准的不锈钢腔体,材质为SS316不锈钢,可连接分子泵等;装在分析腔(µ金属腔体)下方;
⑤中温蒸发源,工作温度范围:室温-1500℃,PID控制;
⑥搭载低能电子衍射(LEED)系统及残余气体分析仪,1套,测量范围:0-100 amu。
(2)快速进样系统(2套,一套用于连接MBE系统,一套用于连接ARPES系统)
①不锈钢腔体在充分烘烤后,本底真空好于5E-8 mbar;
②超高真空抽气系统分子泵(抽速不低于60 L/s)搭配涡旋机械泵;
③配备真空规(压力范围由大气压至1E-11 mbar);
④样品停放台提供12个样品托停放位;
⑤采用传样杆进行样品在不同腔室间的传递。
(3)中转腔系统
①316不锈钢腔体在充分烘烤后,本底真空好于5E-10 mbar;
②超高真空抽气系统,不低于300 L/s抽速的分子泵搭配涡旋机械泵;
③配备真空规(压力范围覆盖大气压至2E-11 mbar);
主要附件及配置
铝合金支架作为系统支撑;
整体式热风烘烤系统,耐高温防火帐篷,PID控制,具有过热保护及真空互锁保护;
真空控制及安全保护系统,配置电气控制柜,包含烘烤报警保护,蒸发源保护模块功能;
真空腔体照明系统,低功耗LED灯,可单独固定在视窗上,每路可单独控制亮度。
用户须知
需经过培训获得操作资格后才能使用,或由已培训的人员代为测试。


