超高真空的特点有哪些

1. 洁净度高

高洁净度是表面分析需要用到超高真空的根本原因。表面物理研究的往往是表面几个原子层的物理现象，因此，即便是在真空条件下，气体分子在样品表面的吸附往往会显著影响实验结果。我们经常用“寿命（lifetime）”来描述样品表面从清洁到所受污染影响实验结果所花费的时间。不同样品之间，由于对气体分子吸附能力的不同，样品寿命有很大差异。即使对于同种样品，不同实验对于样品寿命也会有完全不同的定义。通常来说，表面态的寿命比体态的寿命要短得多。

表面科学中用L（Langmuir）定义样品表面的暴露情况，1 L = 10-6 Torr*s。我们可以看到，样品的暴露情况和气压是成反比关系。所以，为了提高样品的寿命，我们往往会尽可能地提高系统的真空度。

如果以室温条件下的N2分子进行计算，考虑所有碰撞表面的分子全部被吸附的话，在10-6 Torr的真空条件下，3秒钟会在样品表面吸附一层分子。在科普宣传中我们经常以10-6 Torr对应1 s单分子层覆盖时间来描述真空的重要性，这个提法比较形象，易于理解，但从事表面研究的同学们一定不要以此作为科学研究的依据。

2. 平均自由程长

每个气体分子相邻两次碰撞的距离统计平均值称为分子的平均自由程。分子平均自由程的大小和真空中分子的种类、密度和运动速度都有关系。在常温下，考虑N2的话，气体分子的平均自由程和气压成反比：大气压（105 Pa）下，平均自由程为59 nm，10-7 Pa的平均自由程则高达59 km。根据这一参数，我们可以估计磁控溅射生长所需要的最低真空度。

电子平均自由程指的是电子和气体分子连续两次碰撞之间所走过的路程统计平均值（忽略电子之间的碰撞）。这一参数主要应用于光电能谱实验系统。

3. 绝热性

超高真空条件下，一般忽略热对流，主要考虑热辐射和热传导。低温系统（液氦、液氮）主要考虑阻止外界热量的传入。对使用液氮的系统来说，热传导是主要的热量来源；对使用液氦的系统来说，外部热辐射是不可忽略的，在设计系统时要特别注意。高温系统则需要考虑加热灯丝产生热辐射带来的材料升温放气。高温下热传导主要对热偶的温度测量产生影响。此外，材料被加热到较高温度后，自身产生的热辐射也不可忽略。