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無(wú)論是做掃描隧道顯微鏡（STM）相關(guān)的研究還是角分辨光電子能譜（ARPES）相關(guān)的研究，樣品表面的潔凈程度均影響著對(duì)材料性質(zhì)的研究。

在大氣中，由于水蒸氣和氧氣等的存在，在極短的時(shí)間內(nèi)就可以在樣品的表面附著一層原子，不利于我們對(duì)材料性質(zhì)的研究，所以在超高真空環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是非常必要的。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3163-93）真空技術(shù)名詞術(shù)語(yǔ)指定：真空是指在指定空間之內(nèi)，低于一個(gè)大氣壓的空間狀態(tài)。

真空度是指真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，用壓力值來(lái)代表。國(guó)際單位制下，壓力的單位為帕（Pa）；在真空領(lǐng)域，有時(shí)也用托（Torr）。

換算為：

真空等級(jí)分為以下四個(gè)層次：低真空，中真空，高真空，超高真空。

以氮?dú)夥肿?/b>為例：

• 與大氣有壓力差
• 單位體積的氣體分子數(shù)，即分子密度低于大氣
• 氣體分子的平均自由程 λ 比大氣長(zhǎng)
• 在表面上形成單分子層的時(shí)間比大氣長(zhǎng)

• 超高真空系統(tǒng)一般由不銹鋼材料（如304不銹鋼）制成的腔體構(gòu)成

• 腔體通過(guò)刀口法蘭的接口進(jìn)行連接，用無(wú)氧銅墊圈進(jìn)行密封

• 腔體之間或者腔體與真空泵之間通過(guò)超高真空閘板閥連接

• 為了達(dá)到和維持超高真空，還需要多級(jí)泵組協(xié)同工作

如圖4所示，展示了幾種常見的真空泵：機(jī)械泵、分子泵、離子泵和鈦泵。^[2]

• 屬于氣體抽出型泵
• 抽氣范圍從10Pa~10^-8Pa，可以抽到超高真空
• 使用分子泵時(shí)，必須要接入機(jī)械泵作為作為前級(jí)

• 原理：離子泵由不銹鋼薄壁筒陣列（作為陽(yáng)極）和幾塊鈦板（作為陰極）構(gòu)成。工作時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間加有3～7千伏的直流電壓，從而產(chǎn)生潘寧放電，放出的電子在磁場(chǎng)下做螺旋運(yùn)動(dòng)，與真空腔中的氣體分子發(fā)生碰撞將其電離。電離后的分子向鈦板陰極加速并嵌入鈦板，同時(shí)濺射鈦陰極材料使其吸附在陽(yáng)極生成一層新鮮的鈦膜，此鈦膜對(duì)氣體有很強(qiáng)的吸附能力。
• 真空將達(dá)到10^-4~10^-9 Pa
• 離子泵對(duì)一些惰性氣體，不但難以抽走，長(zhǎng)期受其影響還會(huì)引起中毒，從而降低工作效率
• 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單

大量電子受磁場(chǎng)約束，以滾輪線的形式貼近陽(yáng)極筒旋轉(zhuǎn)，形成一層電子云。旋轉(zhuǎn)電子云的旋轉(zhuǎn)頻率約為100兆赫茲量級(jí)，電子密度可達(dá)1010（個(gè)/厘米3）量級(jí)。上述現(xiàn)象稱為潘寧放電。

原理：給鈦絲直接通入大電流（如 41A）加熱鈦絲，使得鈦升華，在離子泵內(nèi)或者腔內(nèi)壁上形成一層新鮮鈦膜，利用對(duì)氣體的吸附作用來(lái)提高真空度，可用于短時(shí)間內(nèi)迅速提高真空度。^[3]

測(cè)量真空度的設(shè)備是真空規(guī)，分為低真空規(guī)和高真空規(guī)。

用于檢查系統(tǒng)是否存在漏氣，通過(guò)檢測(cè)氦氣含量來(lái)確定是否有漏點(diǎn)。