真空物理与真空镀膜
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真空物理与真空镀膜
龚建华
真空物理
1 气体分子运动论
气体是物质存在的形态之一，它有两个显著的特点，一是所有的气体分子都在不停地做无规则的热运 动；二是运动的分子间频繁地碰撞，同时气体分子与容器壁之间亦频繁地碰撞。
真空的本质就是稀薄气体，稀薄的相对标准就是当地的大气压，所以真空即为一种气体状态，它亦有 两个显著的特点。其一是单位体积内的气体分子数较之常压下稀少；其二是气体分子间的相互碰撞次数， 以及气体分子与容器壁的碰撞次数皆低于常压。上述的真空特点是一切真空技术应用赖以实现的基础，当 然也包括真空镀膜应用技术。
其能量也是 h 的整数倍，即 hν，成功地解释了光电效应。即光照射金属发射电子的过程
(
)
hν = χ0 +
1 mν2
2
max
(46)
上式为爱因斯坦公式，它阐述了光电发射过程中的能量关系，即每一个光子的能量为 hν，一个光子只 能被一个电子俘获，所获得的能量除了克服有效逸出功外，还有残余动能。以上的光电发射公式亦是在绝 对零度的前提下，此时电子的最高能量是费米能级，此能级电子逸出后，具有最大的残余动能（当逸出过程 中損耗为零时）。
2 电子在电磁场中的运动
2.1 电子在均匀电场中的运动
电场力：
F⃗ = −eE⃗
(31)
4
设电场 E⃗ 的方向与 x 反向一致。 运动方程：
x
=
1 2
e Et2 m
+ v0xt
(32)
y = v0yt
(33)
轨迹方程：
x
=
1 2
e m
E v02y
y2
+
v0x y v0y
(34)
为抛物线。 特别地，v0x = 0, v0y = v0，有
=
1 λ¯
N
e−
x λ¯
dx
(19)
|dNx| 为一个分子连续历经的 N 个自由程中，长度在 x—(x + dx) 之间的个数。 以上两式皆为自由程长度的分布规律，前者是积分形式，后者是微分形式。
1.7 气体分子与器壁的碰撞 —余弦定律
1.7.1 微分形式
nv¯
dNθφ = 4π cos θdΩ (dΩ = sin θdθdφ)
平衡吸附量 σ：在吸附稳定时，单位固体表面吸附的气体量，它决定于压力和温度，即
σ = f (P, T )
(29)
当压力和温度一定，则吸附量也确定，这就是所谓平衡吸附。而真空系统温度往往是恒定的，故吸附 量随压力的变化规律对真空技术尤为重要，也就是方程
σ = f (P ) (T 不变)
(30)
普遍受到关注，它就是吸附等温线。
。
所谓磁控溅射就是通过正交电磁场来约束电子。
5
3 电子发射
3.1 热电子发射
金属边界存在位垒 W ，其原因有二，一是金属是晶体结构，其晶格上排列的是正离子，自由电子可以 在晶格中自由运动，属于组成晶格的所有离子所共有，形成一种特殊的耦合方式，称为金属键。当自由电 子运动到金属边界之外时，便要受到边界上的正离子剩余力场的吸引，而返回到金属内部。但电子无规热 运动的本性使上述行为持之以恒，电子不断地飞出和返回，由此在边界处便形成偶电层：边界上相对固定 的正离子层及其外侧处于动态的电子层。偶电层的存在，使得越过它的电子必须要有一定的能量，即形成 一定的势垒。因为这是由于电子热运动的本质所形成，故其势垒高度与电子热运动能量有关，其大小相当 于金属的费米能级 ε0，即绝对零度时，金属中电子的最大能量。另外，即使电子具有能量越过偶电层，就相 当一个点电荷处在巨大的金属边界附近，电动力学的规律使得金属边界对该电子产生吸引作用。由基于边 界条件的唯一性定理，可将这种作用归结为以边界为对称面，在金属内部与跃出电子对称的位置存在一该 电子的电像 —- 异性等量电荷。故金属边界与跃出边界的电子作用就归结为该电子与电像之间的作用，所 以此力亦称为电像力。电子要脱离金属表面必须克服电像力做功，这就又形成一个势垒，其精确计算结果 为 χ0，称为有效逸出功。据此，可以确定金属边界存在位垒
(20)
单位时间碰撞单位面积来自 dΩ 立体角的分子数
1.7.2 积分形式
1
v = nv¯
(21)
4
单位时间碰撞单位面积的总分子数。
1.7.3 气体分子从器壁的反射 —克努曾余弦定律
概率特征：
dΩ dP = cos θ
(反射方向落在 dΩ 内的概率)
(22)
π
1.8 气体分子热运动中伴随发生的若干现象
为麦氏分布函数，由此可以导出分子热运动速率公式
1.4.1 最可几速率
√
√
2kT
2RT
vp =
= m
µ
(8)
1.4.2 平均速率
√
√
8kT
8RT
v¯ =
=
(9)
πm
πµ
1.4.3 方均根速率
√
√
3kT
3RT
vs =
= m
µ
(10)
1.5 气体分子的碰撞频度
Z¯ = √2πσ2nv¯
(平均碰撞次数)
(11)
3
1.9.1 流量连续方程
Q = P1S1 = P2S2 = · · · = C
(26)
S 可以理解为真空系统内气体稳定流动时任一截面处的抽速，其定义为单位时间通过该截面的气体 体积。如截面在泵口平面，即为泵的抽速。
Q = P V 为流量，即单位时间通过系统某一截面的气体量。
1.9.2 流动方程
Q = U (P1 − P2)
eB
m
()
z = mv0y cos
eB t
(38)
eB
m
而 yz 平面内的轨迹方程为
y2
+
( z
−
mv0y
)2
=
( mv0y
)2
(39)
eB
eB
即为半径 R =
mv0y eB
的圆周。
因此电子在空间的运动轨迹应为半径为
R
的螺旋线，螺距
h
=
2πmv0x ，旋转周期
eB
τ
=
2πm 。
eB
2.3 电子在正交均匀电磁场中的运动
(15)
λ¯A 为 K 种混合气体中 A 气体分子的平均自由程
λ¯i
=
√ 2
λ¯
(16)
λ¯e
=
√ 42
λ¯
(17)
λ¯i、λ¯e 分别为气体中离子和电子的平均自由程，λ¯ 为中性分子的平均自由程。
2
Nx
=
N
e−
x λ¯
(18)
Nx 为一个分子连续历经的 N 个自由程中，长度大于 x 的个数。
|dNx|
电子同时受电场力和劳伦茨力作用，运动方程复杂而其轨迹为一旋轮线（随初速不同，可为长幅，等 幅，短幅旋伦线，并包括各种初位相），其方程为（等幅初相为零）
u
x = ut − sin ωt
(40)
ω
u
y = ω (1 − cos ωt)
(41)
其中 ω
=
eB m
，u
=
E B
，旋轮半径
r
=
u ω
=
mE eB2
Z¯n
=
1 nZ¯ 2
(单位空间单位时间发生的总碰撞数)
(12)
Z¯A
=
∑ K √ 1
i=1
+
mi mA
π
( σA
+ 2
σi )2
niv¯A
(混合气体平均碰撞次数)
(13)
1.6 气体分子的平均自由程
λ¯ = √ 1
(14)
2πσ2n
λ¯A
=
∑K
i=1
√ 1
+
1
mi mA
π
(
σA +σi 2
)2
ni
x
=
1 2
e m
E v02
y2
(35)
为顶点经过原点的抛物线。
2.2 电子在均匀磁场中的运动
劳伦茨力
F⃗ = −eV⃗ × B⃗
(36)
设磁场方向与 x 方向一致。由于劳伦茨力仅对垂直于磁场的运动作用，故电子在 x 方向作匀速直线运动，
而在 yz 平面运动方程
()
y = mv0y sin
eB t
(37)
(43)
其中 A 为金属的热电子发射常数，χ0 为金属的有效逸出功，k 为玻尔兹曼常数。
3.2 场致发射
当金属外存在加速电场时，金属边界的位垒会降低，这相当于外界加速场的作用会抵消克服电像力所 做的功，並且外界电场愈强，位垒降低就越多。极限情况下，当位垒的降低等于有效逸出功时，从物理上讲 即使在绝对零度的情况下，也会产生电子发射。因为根据近代物理的理论，在绝对零度时，电子具有的最 大动能为 ε0，即金属的费米能级。而根据经典力学绝对零度下所有粒子能量为零的说法在此是不适用的。 以上可以看出外场对电子发射的影响，然而严格意义上的场致发射应该为：当外电埸使有效逸出功的下降 等于有效逸出功时，即使绝对零度也会产生电子发射的现象。是届定在绝对零度的情况下。这仅是定义， 显然在零度以上，场致发射更易实现。由于有效逸出功 χ。可以精确计算或测量，因此上述定义中产生场 致发射的临界场强也可以有准确的数值。然而实践发现当实际场强还远低于理论值时，已经出现明显的场 致发射现象。这是因为位垒不仅有高度，还有厚度，就象一堵墙。外电场出现时，在降低位垒的同时，还使 得位垒厚度变窄，就象墙体变薄了一样。当位垒变窄时，能量低于位垒的电子可以穿过位垒而逸出表面， 这就是所谓的隧道效应。这是微观粒子的行为，千真万确，看似不好理解其实也能理解，当墙体薄的变成 一张纸时，人人都可以穿墙而过的，而並非要修行 “崂山” 的功夫。隧穿效应仅是说明在场致发射时，一定 的场强可以获得更大的发射电流，而当金属（或阴极）的温度高于绝对零度时，亦会发射更大的电流。场致 发射的电流公式为
mnvs2
vs 方均根速率
(3)
P
=
2 3
nE¯k
E¯k 平均平动动能
(4)
1.3 动能定律
E¯k
=
1 2
mvs2
=
3 kT
2
(5)
1.4 麦克斯威分布律
dNv
=
4πN
(m 2πkT
)3⁄2
v e2
−
mv2 2kT
dv
(6)
1
其中
( f (v) = 4π
m
)3⁄2
v2e−
mv2 2kT
(7)
2πkT
W = ε0 + χ0
(42)
由于在常温下，金属中自由电子的能量均小于 W ，故逃逸不出金属表面。但当金属温度升高时，会有 一部分电子的能量大于 W ，于是便可跃过位垒，发射到金属以外的空间。这就是所谓的热电子发射，是一 种极重要的电子发射形式，其遵循理查逊热电子第二发射公式
j
=
AT
2
e−
χ0 kT
(27)
而
U
=
Q P1 −P2
称之为气体通过的管道的流导。
当一个真空系统排气量为 Q 时，有 Q = P S。
而
P
=
Q S
为平衡压力。
1.9.3 真空基本方程
在一个真空系统内，当气体作稳定流动时，如截面 1 处抽速为 S（1 有时亦称有效抽速），而截面 2 处抽 速为 S2，气体从 2 处向 1 处流动，两截面之间的流导为 U ，则有
h E = hν P =
(45)
λ
h 为普朗克常数，它是德国物理学家普朗克在解决另一个经典物理学面临的危机 — 黑体辐射时，大
胆地提出的能量量子化概念，即微观粒子的能量並不是连续变化的，而是 h 的整数倍。h 是一很小的数量，
也是界定宏观世界和微观世界的一个判据。爱因斯坦将能量量子化拓展到光量子化，即光亦象粒子一样，
j
=
AE
2
e−
b E
(44)
场致发射是低温下获得大电流的重要方法。
6
3.3 光电发射
光和电是大自然的两大骄子，它们应有血缘关系，但决不是近亲。由它们通过 p–n 结而产生的光伏效 应和 LED 帯来的是高科技。
当光照射金属时，可以发射电子，这就是所谓的光电效应。其较长时期困惑着物理学工作者，成为 20 世纪物理学面临的危机之一。传统的经典物理学无法解释这一现象，在经典物理看来电子是粒子，而光是 波动，然而光电效应所遵循的一些规律在传统知识里是给不出答案的。比如这一现象有一阈值，即超过一 定的波长，无论其光强如何，这一效应均不发生。在经典物理中，能量 E 和动量 P 是粒子（质点）的行头，而 波长 λ 和频率 ν 是波动的行头，是互不搭界的，只有天，才会把它们连系在一起。那么这位 “天才” 是谁？ 是爱因斯坦（Einstein)。他用两个公式把上述分属两个领域的物理量切实地联系在一起，这便是
• 动量迁移 –粘滞现象
η = 1 mnλ¯v¯
(粘滞系数)
(23)
3
• 能量迁移 –热传导现象
K
=
1 3
mnλ¯v¯Cv
(热传导系数)
(24)
• 质量迁移 –扩散现象
D = 1 v¯λ¯
(自扩散系数)
(25)
3
上述各种现象均会出现在真空系统中。
1.9 气体的流动
当气体内部压力不均匀时，气体分子除了作热运动外，还会从高压向低压作宏观运动，这就是气体的 流动。稳定流动时，遵从以下规律
S2
=
S1U U + S1
或
S1
=
S2U U − S2
(28)
1.10 气固表面的作用 –吸附现象
由于固体表面（比如真空容器壁面、工件表面等）存在范德瓦尔力（物理吸附力）和残余化学价力（化学 吸附力），因此处在气体氛围中的固体表面总会吸附一定数量的气体，而这种过程往往是可逆的。当真空容 器内压力降低（排气过程）时，或温度升高时，这些被吸附的气体会返回（脱附）气象空间而影响抽气过程。 因此吸附现象是与真空技术密不可分的，直接影响到真空应用的工艺过程。而强化吸附过程，亦能形成有 效的抽气手段，如低温物理吸附和活性金属的化学吸附。
根据气体的特点，结合大量的实验进行演译，可以得到反映气体内部运动规律的基本理论，作为硏究 气体及真空技术的基础，这就是气体分子运动论，它包括以下一些结论和规律：
1.1 物态方程
M P V = RT
R 克拉珀龙常数
(1)
µ
R P = nkT, k = ,
k 玻兹曼常数
(2)
µ
1.2 压强公式
P
=
1 3
龚建华
真空物理
1 气体分子运动论
气体是物质存在的形态之一，它有两个显著的特点，一是所有的气体分子都在不停地做无规则的热运 动；二是运动的分子间频繁地碰撞，同时气体分子与容器壁之间亦频繁地碰撞。
真空的本质就是稀薄气体，稀薄的相对标准就是当地的大气压，所以真空即为一种气体状态，它亦有 两个显著的特点。其一是单位体积内的气体分子数较之常压下稀少；其二是气体分子间的相互碰撞次数， 以及气体分子与容器壁的碰撞次数皆低于常压。上述的真空特点是一切真空技术应用赖以实现的基础，当 然也包括真空镀膜应用技术。
其能量也是 h 的整数倍，即 hν，成功地解释了光电效应。即光照射金属发射电子的过程
(
)
hν = χ0 +
1 mν2
2
max
(46)
上式为爱因斯坦公式，它阐述了光电发射过程中的能量关系，即每一个光子的能量为 hν，一个光子只 能被一个电子俘获，所获得的能量除了克服有效逸出功外，还有残余动能。以上的光电发射公式亦是在绝 对零度的前提下，此时电子的最高能量是费米能级，此能级电子逸出后，具有最大的残余动能（当逸出过程 中損耗为零时）。
2 电子在电磁场中的运动
2.1 电子在均匀电场中的运动
电场力：
F⃗ = −eE⃗
(31)
4
设电场 E⃗ 的方向与 x 反向一致。 运动方程：
x
=
1 2
e Et2 m
+ v0xt
(32)
y = v0yt
(33)
轨迹方程：
x
=
1 2
e m
E v02y
y2
+
v0x y v0y
(34)
为抛物线。 特别地，v0x = 0, v0y = v0，有
=
1 λ¯
N
e−
x λ¯
dx
(19)
|dNx| 为一个分子连续历经的 N 个自由程中，长度在 x—(x + dx) 之间的个数。 以上两式皆为自由程长度的分布规律，前者是积分形式，后者是微分形式。
1.7 气体分子与器壁的碰撞 —余弦定律
1.7.1 微分形式
nv¯
dNθφ = 4π cos θdΩ (dΩ = sin θdθdφ)
平衡吸附量 σ：在吸附稳定时，单位固体表面吸附的气体量，它决定于压力和温度，即
σ = f (P, T )
(29)
当压力和温度一定，则吸附量也确定，这就是所谓平衡吸附。而真空系统温度往往是恒定的，故吸附 量随压力的变化规律对真空技术尤为重要，也就是方程
σ = f (P ) (T 不变)
(30)
普遍受到关注，它就是吸附等温线。
。
所谓磁控溅射就是通过正交电磁场来约束电子。
5
3 电子发射
3.1 热电子发射
金属边界存在位垒 W ，其原因有二，一是金属是晶体结构，其晶格上排列的是正离子，自由电子可以 在晶格中自由运动，属于组成晶格的所有离子所共有，形成一种特殊的耦合方式，称为金属键。当自由电 子运动到金属边界之外时，便要受到边界上的正离子剩余力场的吸引，而返回到金属内部。但电子无规热 运动的本性使上述行为持之以恒，电子不断地飞出和返回，由此在边界处便形成偶电层：边界上相对固定 的正离子层及其外侧处于动态的电子层。偶电层的存在，使得越过它的电子必须要有一定的能量，即形成 一定的势垒。因为这是由于电子热运动的本质所形成，故其势垒高度与电子热运动能量有关，其大小相当 于金属的费米能级 ε0，即绝对零度时，金属中电子的最大能量。另外，即使电子具有能量越过偶电层，就相 当一个点电荷处在巨大的金属边界附近，电动力学的规律使得金属边界对该电子产生吸引作用。由基于边 界条件的唯一性定理，可将这种作用归结为以边界为对称面，在金属内部与跃出电子对称的位置存在一该 电子的电像 —- 异性等量电荷。故金属边界与跃出边界的电子作用就归结为该电子与电像之间的作用，所 以此力亦称为电像力。电子要脱离金属表面必须克服电像力做功，这就又形成一个势垒，其精确计算结果 为 χ0，称为有效逸出功。据此，可以确定金属边界存在位垒
(20)
单位时间碰撞单位面积来自 dΩ 立体角的分子数
1.7.2 积分形式
1
v = nv¯
(21)
4
单位时间碰撞单位面积的总分子数。
1.7.3 气体分子从器壁的反射 —克努曾余弦定律
概率特征：
dΩ dP = cos θ
(反射方向落在 dΩ 内的概率)
(22)
π
1.8 气体分子热运动中伴随发生的若干现象
为麦氏分布函数，由此可以导出分子热运动速率公式
1.4.1 最可几速率
√
√
2kT
2RT
vp =
= m
µ
(8)
1.4.2 平均速率
√
√
8kT
8RT
v¯ =
=
(9)
πm
πµ
1.4.3 方均根速率
√
√
3kT
3RT
vs =
= m
µ
(10)
1.5 气体分子的碰撞频度
Z¯ = √2πσ2nv¯
(平均碰撞次数)
(11)
3
1.9.1 流量连续方程
Q = P1S1 = P2S2 = · · · = C
(26)
S 可以理解为真空系统内气体稳定流动时任一截面处的抽速，其定义为单位时间通过该截面的气体 体积。如截面在泵口平面，即为泵的抽速。
Q = P V 为流量，即单位时间通过系统某一截面的气体量。
1.9.2 流动方程
Q = U (P1 − P2)
eB
m
()
z = mv0y cos
eB t
(38)
eB
m
而 yz 平面内的轨迹方程为
y2
+
( z
−
mv0y
)2
=
( mv0y
)2
(39)
eB
eB
即为半径 R =
mv0y eB
的圆周。
因此电子在空间的运动轨迹应为半径为
R
的螺旋线，螺距
h
=
2πmv0x ，旋转周期
eB
τ
=
2πm 。
eB
2.3 电子在正交均匀电磁场中的运动
(15)
λ¯A 为 K 种混合气体中 A 气体分子的平均自由程
λ¯i
=
√ 2
λ¯
(16)
λ¯e
=
√ 42
λ¯
(17)
λ¯i、λ¯e 分别为气体中离子和电子的平均自由程，λ¯ 为中性分子的平均自由程。
2
Nx
=
N
e−
x λ¯
(18)
Nx 为一个分子连续历经的 N 个自由程中，长度大于 x 的个数。
|dNx|
电子同时受电场力和劳伦茨力作用，运动方程复杂而其轨迹为一旋轮线（随初速不同，可为长幅，等 幅，短幅旋伦线，并包括各种初位相），其方程为（等幅初相为零）
u
x = ut − sin ωt
(40)
ω
u
y = ω (1 − cos ωt)
(41)
其中 ω
=
eB m
，u
=
E B
，旋轮半径
r
=
u ω
=
mE eB2
Z¯n
=
1 nZ¯ 2
(单位空间单位时间发生的总碰撞数)
(12)
Z¯A
=
∑ K √ 1
i=1
+
mi mA
π
( σA
+ 2
σi )2
niv¯A
(混合气体平均碰撞次数)
(13)
1.6 气体分子的平均自由程
λ¯ = √ 1
(14)
2πσ2n
λ¯A
=
∑K
i=1
√ 1
+
1
mi mA
π
(
σA +σi 2
)2
ni
x
=
1 2
e m
E v02
y2
(35)
为顶点经过原点的抛物线。
2.2 电子在均匀磁场中的运动
劳伦茨力
F⃗ = −eV⃗ × B⃗
(36)
设磁场方向与 x 方向一致。由于劳伦茨力仅对垂直于磁场的运动作用，故电子在 x 方向作匀速直线运动，
而在 yz 平面运动方程
()
y = mv0y sin
eB t
(37)
(43)
其中 A 为金属的热电子发射常数，χ0 为金属的有效逸出功，k 为玻尔兹曼常数。
3.2 场致发射
当金属外存在加速电场时，金属边界的位垒会降低，这相当于外界加速场的作用会抵消克服电像力所 做的功，並且外界电场愈强，位垒降低就越多。极限情况下，当位垒的降低等于有效逸出功时，从物理上讲 即使在绝对零度的情况下，也会产生电子发射。因为根据近代物理的理论，在绝对零度时，电子具有的最 大动能为 ε0，即金属的费米能级。而根据经典力学绝对零度下所有粒子能量为零的说法在此是不适用的。 以上可以看出外场对电子发射的影响，然而严格意义上的场致发射应该为：当外电埸使有效逸出功的下降 等于有效逸出功时，即使绝对零度也会产生电子发射的现象。是届定在绝对零度的情况下。这仅是定义， 显然在零度以上，场致发射更易实现。由于有效逸出功 χ。可以精确计算或测量，因此上述定义中产生场 致发射的临界场强也可以有准确的数值。然而实践发现当实际场强还远低于理论值时，已经出现明显的场 致发射现象。这是因为位垒不仅有高度，还有厚度，就象一堵墙。外电场出现时，在降低位垒的同时，还使 得位垒厚度变窄，就象墙体变薄了一样。当位垒变窄时，能量低于位垒的电子可以穿过位垒而逸出表面， 这就是所谓的隧道效应。这是微观粒子的行为，千真万确，看似不好理解其实也能理解，当墙体薄的变成 一张纸时，人人都可以穿墙而过的，而並非要修行 “崂山” 的功夫。隧穿效应仅是说明在场致发射时，一定 的场强可以获得更大的发射电流，而当金属（或阴极）的温度高于绝对零度时，亦会发射更大的电流。场致 发射的电流公式为
mnvs2
vs 方均根速率
(3)
P
=
2 3
nE¯k
E¯k 平均平动动能
(4)
1.3 动能定律
E¯k
=
1 2
mvs2
=
3 kT
2
(5)
1.4 麦克斯威分布律
dNv
=
4πN
(m 2πkT
)3⁄2
v e2
−
mv2 2kT
dv
(6)
1
其中
( f (v) = 4π
m
)3⁄2
v2e−
mv2 2kT
(7)
2πkT
W = ε0 + χ0
(42)
由于在常温下，金属中自由电子的能量均小于 W ，故逃逸不出金属表面。但当金属温度升高时，会有 一部分电子的能量大于 W ，于是便可跃过位垒，发射到金属以外的空间。这就是所谓的热电子发射，是一 种极重要的电子发射形式，其遵循理查逊热电子第二发射公式
j
=
AT
2
e−
χ0 kT
(27)
而
U
=
Q P1 −P2
称之为气体通过的管道的流导。
当一个真空系统排气量为 Q 时，有 Q = P S。
而
P
=
Q S
为平衡压力。
1.9.3 真空基本方程
在一个真空系统内，当气体作稳定流动时，如截面 1 处抽速为 S（1 有时亦称有效抽速），而截面 2 处抽 速为 S2，气体从 2 处向 1 处流动，两截面之间的流导为 U ，则有
h E = hν P =
(45)
λ
h 为普朗克常数，它是德国物理学家普朗克在解决另一个经典物理学面临的危机 — 黑体辐射时，大
胆地提出的能量量子化概念，即微观粒子的能量並不是连续变化的，而是 h 的整数倍。h 是一很小的数量，
也是界定宏观世界和微观世界的一个判据。爱因斯坦将能量量子化拓展到光量子化，即光亦象粒子一样，
j
=
AE
2
e−
b E
(44)
场致发射是低温下获得大电流的重要方法。
6
3.3 光电发射
光和电是大自然的两大骄子，它们应有血缘关系，但决不是近亲。由它们通过 p–n 结而产生的光伏效 应和 LED 帯来的是高科技。
当光照射金属时，可以发射电子，这就是所谓的光电效应。其较长时期困惑着物理学工作者，成为 20 世纪物理学面临的危机之一。传统的经典物理学无法解释这一现象，在经典物理看来电子是粒子，而光是 波动，然而光电效应所遵循的一些规律在传统知识里是给不出答案的。比如这一现象有一阈值，即超过一 定的波长，无论其光强如何，这一效应均不发生。在经典物理中，能量 E 和动量 P 是粒子（质点）的行头，而 波长 λ 和频率 ν 是波动的行头，是互不搭界的，只有天，才会把它们连系在一起。那么这位 “天才” 是谁？ 是爱因斯坦（Einstein)。他用两个公式把上述分属两个领域的物理量切实地联系在一起，这便是
• 动量迁移 –粘滞现象
η = 1 mnλ¯v¯
(粘滞系数)
(23)
3
• 能量迁移 –热传导现象
K
=
1 3
mnλ¯v¯Cv
(热传导系数)
(24)
• 质量迁移 –扩散现象
D = 1 v¯λ¯
(自扩散系数)
(25)
3
上述各种现象均会出现在真空系统中。
1.9 气体的流动
当气体内部压力不均匀时，气体分子除了作热运动外，还会从高压向低压作宏观运动，这就是气体的 流动。稳定流动时，遵从以下规律
S2
=
S1U U + S1
或
S1
=
S2U U − S2
(28)
1.10 气固表面的作用 –吸附现象
由于固体表面（比如真空容器壁面、工件表面等）存在范德瓦尔力（物理吸附力）和残余化学价力（化学 吸附力），因此处在气体氛围中的固体表面总会吸附一定数量的气体，而这种过程往往是可逆的。当真空容 器内压力降低（排气过程）时，或温度升高时，这些被吸附的气体会返回（脱附）气象空间而影响抽气过程。 因此吸附现象是与真空技术密不可分的，直接影响到真空应用的工艺过程。而强化吸附过程，亦能形成有 效的抽气手段，如低温物理吸附和活性金属的化学吸附。
根据气体的特点，结合大量的实验进行演译，可以得到反映气体内部运动规律的基本理论，作为硏究 气体及真空技术的基础，这就是气体分子运动论，它包括以下一些结论和规律：
1.1 物态方程
M P V = RT
R 克拉珀龙常数
(1)
µ
R P = nkT, k = ,
k 玻兹曼常数
(2)
µ
1.2 压强公式
P
=
1 3