在几乎所有情况下都是如此。与标准热蒸发或电子束蒸发相比，溅射提供了明显更好的台阶覆盖率。原子从源头喷射并传输到基板的方式存在根本差异，这使得溅射在涂覆复杂、非平坦表面方面具有明显的优势。蒸发是一个“视线”过程，导致垂直侧壁上的薄膜很薄或不存在，而溅射产生的蒸汽更分散，可以从多个角度覆盖表面。
核心问题不在于哪种方法“更好”，而在于理解每种工艺的物理特性如何影响最终薄膜。溅射卓越的覆盖率来自于其散射的、高能粒子的到达，但这种优势被比蒸发慢的沉积速率所平衡。
沉积的物理学：为什么溅射覆盖得更好
台阶覆盖率的差异是原子如何从源材料中释放并传输到基板的直接结果。
蒸发：“视线”过程
在热蒸发或电子束蒸发中，源材料在高真空中加热，直到其原子汽化并以直线方式传输到基板。
可以将其想象成使用一罐喷漆。油漆只会覆盖直接面向喷嘴的表面。任何垂直墙壁或凹陷特征都将处于“阴影”中，接收到的涂层很少或没有。这种阴影效应是蒸发在台阶覆盖率方面遇到困难的原因。
溅射：分散的、高能的到达
溅射不使用热量来汽化材料。相反，源材料的靶材在等离子体环境中受到高能离子（通常来自惰性气体如氩气）的轰击。
这种轰击就像微观喷砂一样，以显着的动能喷射出靶原子。这些被喷射出的原子与周围的气体颗粒碰撞，导致它们散射并从广泛的角度接近基板，而不仅仅是单一直线。
这种分散的、多角度的到达是溅射能够有效覆盖沟槽和其他复杂形貌侧壁的主要原因。
粒子能量的作用
溅射粒子到达基板的能量远高于蒸发粒子。这对覆盖率有两个关键好处。
首先，高能量促进了更好的附着力和薄膜密度，从而形成更坚固、更耐用的涂层。
其次，这种能量允许原子在着陆后在表面上轻微移动——这种现象被称为表面迁移率。这种迁移率有助于原子沉淀成更均匀和连续的薄膜，从而进一步改善对微小特征的覆盖。
理解权衡
选择溅射以获得其台阶覆盖率意味着要接受一系列重要的权衡。
沉积速率：速度与质量
蒸发是一种快得多的沉积过程。对于需要在相对平坦的表面上形成厚膜的应用，蒸发通常是更高效和经济的选择。溅射本质上较慢。
薄膜特性：附着力和密度
溅射在此处占据决定性优势。高能轰击产生的薄膜的附着力强度可以比蒸发薄膜高出 10 倍。溅射薄膜通常也更致密、更坚硬。
材料和基板考虑因素
溅射在薄膜厚度和均匀性方面提供了更精确的控制，并且非常适合沉积合金和化合物，因为材料成分可以从靶材可预测地转移到薄膜上。
虽然溅射通常可以在比蒸发更低的基板温度下进行，但高能等离子体有时会对极其敏感的基板造成损坏。
如何将此应用于您的项目
您的选择最终取决于哪些薄膜特性对您应用的成功最为关键。
- 如果您的主要重点是在复杂 3D 结构上获得出色的台阶覆盖率： 由于其非定向沉积特性，溅射是更优秀的技术选择。
- 如果您的主要重点是薄膜附着力和耐用性： 溅射提供的薄膜密度和粘合强度明显更高。
- 如果您的主要重点是在平坦基板上进行高速沉积厚膜： 电子束蒸发通常更实用且具有成本效益。
- 如果您正在沉积复杂的合金并且必须保持其化学计量比： 溅射在控制最终薄膜的成分方面提供了更好的控制。
通过了解材料到达的基本物理原理，您可以自信地选择最能确保您的薄膜性能和可靠性的沉积方法。
摘要表：
| 特征 | 溅射 | 蒸发 |
|---|---|---|
| 台阶覆盖率 | 出色（非视线） | 差（视线） |
| 薄膜附着力 | 非常高 | 较低 |
| 沉积速率 | 较慢 | 较快 |
| 理想用途 | 复杂 3D 结构、合金 | 平坦基板、高吞吐量 |
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