沉积是化学过程吗？了解化学与物理薄膜方法

答案并非简单的“是”或“否”。 沉积是将薄膜涂覆到表面上的一个广义术语，它可以是化学过程，也可以是物理过程。具体采用的方法决定了其分类，其中化学气相沉积 (CVD) 是化学过程的一个典型例子。

核心区别在于薄膜材料如何到达基底并形成。化学过程使用前体气体，这些气体发生反应，在表面形成新的固体材料，而物理过程则基本上是将现有固体材料从源头转移到基底上，不发生化学变化。

沉积的两种形式：化学与物理

从本质上讲，沉积是逐个原子地构建一层材料。化学沉积和物理沉积这两大类沉积之间的根本区别在于，您是在表面上创建材料，还是仅仅将其移动到那里。

化学气相沉积 (CVD) 是一种完全依赖化学反应来形成薄膜的过程。

在 CVD 中，挥发性前体气体被引入反应室，通常是真空环境。这些气体本身不包含最终的薄膜材料，而是包含原子成分。

当这些气体到达受热的基底时，它们会发生反应和分解，形成一种新的固体材料并沉积到表面上。此过程还会产生化学副产品，这些副产品随后会从腔室中清除。

相比之下，物理气相沉积 (PVD) 不涉及化学反应来创建薄膜。它是一个物理转移过程。

诸如溅射沉积之类的方法属于 PVD 范畴。在溅射中，由所需薄膜材料制成的靶材受到高能离子的轰击。

这种轰击会物理性地将原子从靶材上撞击下来，这些原子随后穿过真空并凝结到基底上，形成薄膜。基底上的材料与靶材上的材料化学性质相同。

化学过程的关键指标是物质的转化。如果您从前体气体开始，最终得到固体薄膜和分离的副产气体，那么就发生了化学反应。

如果您从固体靶材开始，只是将这些相同的原子移动到基底上，那么这个过程就是物理的。

选择化学过程还是物理过程并非随意而定；它完全取决于最终薄膜所需的性能以及制造过程的限制。

由于 CVD 涉及在表面上“生长”薄膜的化学反应，因此它在创建均匀、致密和高纯度层方面表现出色。

这种方法可以以惊人的一致性涂覆复杂的、三维的形状，这种特性被称为共形性。通过管理化学反应所提供的多功能性和控制是其主要优势。

PVD 工艺（如溅射）通常可以在比许多 CVD 工艺更低的温度下进行。这使得 PVD 适用于在对热敏感的基底（如塑料）上沉积薄膜。

此外，PVD 可以沉积各种材料，包括纯金属、合金和某些陶瓷，这些材料很难或不可能通过 CVD 前体来创建。它在薄膜的微观结构方面提供了高度的控制。

选择化学或物理沉积技术是根据最终目标驱动的关键工程决策。

最终，了解您是需要化学创建还是物理转移材料是掌握薄膜沉积的关键。