在超真空中，压力可以低至令人难以想象的程度，远远低于普通真空环境下的压力。这种极低的压力使得超真空成为了许多
高精度实验和技术应用的理想环境。

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。

• 超真空的产生与维持

要产生和维持超真空状态，需要借助一系列先进的技术和设备。目前，常用的超真空产生方法主要有以下几种：

1. 机械泵与扩散泵组合

机械泵是一种通过机械运动将气体从一个封闭空间中抽出的设备。它可以将压力降低到一定程度，但无法达到超真空的要求。扩散泵

则是利用高速喷射的蒸汽流将气体分子带走，从而进一步降低压力。通过机械泵和扩散泵的组合使用，可以将压力降低到较低的水平，

但要达到超真空状态，还需要其他更高级的泵。

2. 涡轮分子泵

涡轮分子泵是一种利用高速旋转的涡轮叶片将气体分子排出的设备。它具有抽速高、无油、无污染等优点，可以将压力降低到非常低

的程度。涡轮分子泵通常与其他泵结合使用，以实现超真空的产生。

3. 低温泵

低温泵是一种利用低温吸附原理将气体分子吸附在低温表面上的设备。它可以将压力降低到极低的水平，是产生超真空的重要手段之一。

低温泵通常需要使用液氮或液氦等低温介质来维持低温状态。

除了上述泵类设备外，还需要使用各种阀门、管道和密封件等辅助设备来确保超真空系统的密封性和稳定性。此外，为了维持超真空状态，

还需要不断地监测和控制超真空系统中的压力、温度、气体成分等参数，以防止外界因素对超真空状态的破坏。

超高真空应用领域非常广泛，这里我们列举了和表面物理研究关系最密切的几种，包括磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、表面分析

和粒子加速器。

1、物理学研究

在物理学研究中，超真空是进行高精度实验的必要条件。例如，在量子力学实验中，超真空可以减少外界干扰，使科学家能够更准确地观

察和研究量子现象。此外，超真空还可以用于研究物质的表面性质、原子和分子的行为等。

分子束外延和表面分析领域广泛使用超高真空技术，各种类型的分子束外延设备、光电子能谱和扫描隧道显微镜等制备表征系统都

在这个范围内工作。由于真空系统在系统建设成本中往往占据相当大的比例，如何选择合适的泵组并通过恰当的方式迅速获得尽可

能好的真空度，是困扰相关领域的普遍问题。

粒子加速器对真空要求最为苛刻，但因为整体系统造价较高，真空泵组不是成本的主要构成，一般尽可能配置较好的真空泵，加之

加速器的腔体内一般没有污染源，真空度通常会达到极高真空的范围。

磁控溅射因为机制问题，蒸镀过程中产生的污染较大，通常不会追求特别高的真空度，一般用分子泵组即可满足使用条件。近年来，

随着技术的不断进步和研究需求的进一步发展，磁控溅射系统的真空度持续提高，超高真空相关技术也在不断进入这一领域。

激光脉冲沉积（PLD）技术过去对真空度的需求介于分子束外延和磁控溅射之间，近年来由于与分子束外延（MBE）技术逐渐融合，

真空度要求也在不断提高。激光分子束外延（LMBE）就是在PLD中融入了MBE的超高真空技术。

2. 半导体制造

半导体制造是一个对环境要求极高的行业。在半导体制造过程中，超真空可以防止杂质的污染，保证半导体器件的质量和性能。

例如，在集成电路制造中，超真空可以用于薄膜沉积、刻蚀、清洗等工艺环节。

3. 航空航天领域

在航空航天领域，超真空可以用于模拟太空环境，测试航天器和卫星的性能。此外，超真空还可以用于制造高性能的航空航天材料，

如高强度合金、陶瓷材料等。

4. 生物医学领域

在生物医学领域，超真空可以用于制备生物材料、药物输送系统等。例如，在药物研发中，超真空可以用于制备纳米药物颗粒，提高

药物的疗效和稳定性。此外，超真空还可以用于生物样本的保存和分析等。