01 Высокая чистота

Высокая чистота является основной причиной, по которой для анализа поверхности требуется сверхвысокий вакуум. Физика поверхности часто изучает физические явления нескольких атомных слоев на поверхности. Поэтому даже в условиях вакуума адсорбция молекул газа на поверхности образца может значительно повлиять на результаты экспериментов. Мы часто используем "время жизни", чтобы описать время очистки поверхности образца и влияние загрязнения на результаты экспериментов. Из-за разных адсорбционных способностей молекул газа существуют значительные различия в продолжительности жизни образцов среди разных образцов. Даже для одного и того же образца разные эксперименты будут иметь совершенно разные определения продолжительности жизни образца. Вообще говоря, продолжительность жизни поверхностных состояний намного короче, чем у состояний тела.

В науке о поверхности L (Ленгмюр) используется для определения экспозиции поверхности образца с 1L = 10-6Torr * s. Мы видим, что экспозиция образца обратно пропорциональна давлению воздуха. Таким образом, чтобы увеличить срок службы образца, мы часто стараемся максимально увеличить степень вакуума системы.

Если рассчитать на основе молекул N2 при комнатной температуре, учитывая, что все молекулы на поверхности столкновения адсорбированы, слой молекул будет адсорбирован на поверхности образца за 3 секунды в условиях вакуума 10-6 Торр. В популярной научной пропаганде мы часто описываем важность вакуума, используя время покрытия 1-секундного монослоя, соответствующее 10-6Торр. Этот термин довольно яркий и простой для понимания, но студенты, занимающиеся поверхностными исследованиями, не должны использовать его в качестве основы для научных исследований.

02 Средняя длина свободного пути

Статистическое среднее расстояния между двумя соседними столкновениями каждой молекулы газа называется средним свободным пробега молекулы. Размер среднего свободного пробега молекул связан с типом, плотностью и скоростью молекул в вакууме. При комнатной температуре, учитывая N2, средний свободный путь молекул газа обратно пропорционален давлению газа: при атмосферном давлении (105 Па) средний свободный путь составляет 59 нм, а при 10-7 Па средний свободный путь может достигать 59 км. На основе этого параметра мы можем оценить минимальный вакуум, необходимый для роста магнетронного распыления.

Средний свободный путь электронов относится к статистическому среднему расстоянию, пройденному между двумя последовательными столкновениями электронов и молекул газа (без учета столкновений между электронами). Этот параметр в основном применяется к экспериментальной системе спектра фотоэлектрической энергии.

03 Изоляция

В условиях сверхвысокого вакуума тепловая конвекция обычно игнорируется, а тепловое излучение и проводимость в основном рассматриваются. Низкотемпературные системы (жидкий гелий, жидкий азот) в основном рассматривают предотвращение передачи внешнего тепла. Для систем, использующих жидкий азот, теплопроводность является основным источником тепла; Для систем, использующих жидкий гелий, нельзя игнорировать внешнее тепловое излучение, и особое внимание следует уделять при проектировании системы. Высокотемпературные системы должны учитывать повышение температуры материала и выделение газа, вызванное тепловым излучением, генерируемым нагревом нити накала. Теплопроводность при высоких температурах в основном влияет на измерение температуры термопар. Кроме того, нельзя игнорировать тепловое излучение, генерируемое самим материалом после нагревания до более высокой температуры.