超高真空(UHV) 范围定义为10^-5Pa～10^-9Pa ,极高真空(XHV)范围定义为低于10^-9Pa。超高/极高真空(UHV/XHV) 测量指的是低于10^-5Pa 范围内的压力测量。

　　UHV/XHV测量不仅是一个具有较高学术价值的前沿课题,而且实用价值也将越来越大。例如,随着航天技术的发展特别是深空探测活动的开展,需要对行星际空间(推测最低压力约10^-13Pa)、恒星际空间(推测最低压力约10^-18Pa)和月球表面(月面压力最低可达10^-10Pa)的极高真空环境进行直接探测,要求解决极高真空测量技术问题。

　　从真空测量技术的发展过程可以看出,虽然出现过各种各样的真空规, 但最有希望解决UHV/XHV测量的还是电离型真空规(简称电离规)。电离规有2种类型,即热阴极电离规和冷阴极电离规。在热阴极电离规中,电离电子源是一个发射阴极;在冷阴极电离规中,电离电子源是交叉电磁场中循环的空间电子电荷。

　　电离规已广泛应用于10^-1Pa 至最低所能达到的压力范围的测量。然而,电离规的测量下限受到一些因素的限制,其中主要因素包括如下几个方面:

　　(1) X放射性元素不确定性。电离规中阴铁亚铁亚铁阴阳离子射的电子元器件打中栅极后使栅极长出X放射性元素,类似这些X 放射性元素光照到铁亚铁亚铁阴阳离子持续极时,将带来微电子子元器件射,微电子子元器件流与铁亚铁亚铁阴阳离子流方向盘同一,因此在铁亚铁亚铁阴阳离子持续极上带来一款 与学习气压相关的本底电压电压电流。当学习气压很低时,铁亚铁亚铁阴阳离子持续极上的讯号中本底电压电压电流占过大有效成分,就要求了电离规的检测最低值。 　　(2) 光网络无线器件鼓励鼓舞脱附(ESD)滞后效应。在电离规中,经常渗透性甲烷有机废气气体吸咐在栅极上,光网络无线器件打上栅极时,不禁呈现X放射性元素,而有块局部光网络无线器件与栅极上吸咐的甲烷有机废气气体团伙正碰,使甲烷有机废气气体团伙电离解吸、碱式盐粒细胞解吸和充分调动解吸,发出正阳阳离子、碱式盐粒细胞团伙和受激原子核,这具体步骤称之为光网络无线器件鼓励鼓舞脱附。但其中正阳阳离子可被汇集极收到而被选为与重压决定的本底交流电,碱式盐粒细胞团伙导致电离规中的重压回落。 　　(3) 持续高的温度热负极因素。电离规中的持续高的温度热负极因素好似下三方协议书面的特征:持续高的温度负极一种的热排气因素、持续高的温度负极的热反射出现的其火车站附近电极片和器壁的排气因素和负极一种的过饱和水汽压因素。

　　随着人们对限制电离规测量下限的各种因素的物理过程的深入了解,为消除这些限制因素指明了方向,并已发展了多种极高真空电离规,目前商品化极高真空电离规的测量下限已达到5×10^-11Pa。本文将对近50多年来在极高真空测量方面所取得的重要进展进行总结分析。

1、UHV/XHV测量研究进展

1.1、热阴极电离规

　　自从1916年O. E.Buckley发明了圆筒型三极式热阴极电离规以来,它的测量下限一直被限制在10^-5Pa 。1947年Nottingham发现了热阴极电离规中的X射线效应,在接下来的3 年里,Nottingham、Lan-der 、Metson等试图研制一种电离规以减小X射线效应,但都没有获得成功。1950年Bayard-Alpert 提出了B-A规的结构(见图1) ,把三极式电离规中的灯丝和离子收集极位置交换,并把离子收集极改成一根金属丝安装在轴线上,把暴露在X 射线下的收集极面积减小了1000倍左右,从而使光电流降低约1000 倍,并基本上保持了灵敏度与圆筒型相同,从而将B-A规的测量下限延伸到10^-8Pa 量级的超高真空范围 。

图1 　B-A规　　图2 　熬制B-A规 　　1960年Redhead考虑到进的一步骤变小X 光谱线负效应,探析出了解调B-A规 。解调B-A规是在B-A规的栅网中,加剧打了个个细细的工业,叫解调极(见图2) 。举个例子来说解调极上额定直流直流电压电压甚至有的时候候相相等栅极额定直流直流电压电压,甚至有的时候候相相等回收利用极额定直流直流电压电压,那麼就能解调回收利用极上阅读的阴离子流的宽度,而各种解调对回收利用极上接手的X光电公司流一般上不功能。但进的一步骤探析又发现了解调技术应用应用带动打了个些新的的问题。举个例子来说,解调指数公式伴随着导弹直流电压而变,并与其他气体物质关于;对多余直流电压有解调功能等。可能解调技术应用应用带动新的的问题,因此它需要把估测低限括展1～二个频度。

　　1962年Schuman将抑制技术应用到B-A规中,研制出抑制规 。抑制规较B-A规改进之处是把离子收集极移出了电离区(即移出栅极)(见图3)。为了增大收集离子的效率,把丝状收集极改成圆片状,并用屏蔽盒将它包围起来,在收集极的前方增加一个比收集极电位低的抑制极,迫使X 射线在收集极上产生的光电子返回收集极,从而减小X 射线效应。在后来的研究中发现,在抑制规中还存在反射X射线,即部分反射的X射线打中抑制极,使抑制极发射光电子,这些光电子在电场作用下,加速到达离子收集极而形成一个负的残余电流,故抑制规尚不能测量低于10^-10Pa 的压力。抑制技术在以后的很多规中都得到了应用。

图3 　仰制规　　图4 　溶合规

　　1962年Redhead发现在热阴极电离规中存在ESD效应,并对其机理和理论作了更详尽的研究。前面已经提到,当栅极表面吸附一层化学活性气体(O₂ 、H₂ 、H₂O、CO等)时,受到电子碰撞,会解吸出正离子或中性分子(或原子) 。ESD产生的正离子流I+ESD与气体压力P和电子流Ie不成正比关系,更大地取决于栅极表面的活性气体的覆盖程度和栅极温度,也与空间活性气体的分压有关。I+ESD不是一个常数,因此无法用一般方法消除。ESD离子的能量因其从栅极表面解吸出来时具有一定的初能(～5eV- 7eV) ,所以要比空间气相离子的能量高。Redhead有关ESD理论指出,处于极高真空条件下,栅极原先吸附的分子解吸后,就不存在再吸附而处于吸附- 解吸非平衡态,如果采取极严格的出气处理,彻底地清除掉栅极上的吸附分子层,就不会再被污染,因而也就消除了ESD效应的根源。Watanabe后来的试验也证实了这一点:将栅极加热至约550 ℃,可使栅极表面吸附的气体量最小, 从而降低ESD效应。