从本质上讲，物理气相沉积（PVD）并非单一技术，而是一系列工艺。 PVD的主要类型根据将固体镀层材料转化为蒸汽的方法进行分类。两个基本类别是热蒸发（利用热量使材料汽化）和溅射（利用高能离子轰击物理性地喷射材料）。
PVD方法之间的关键区别在于它们如何产生蒸汽。选择正确的工艺完全取决于您需要沉积的材料以及您需要实现的最终薄膜特性，例如附着力、密度和纯度。
统一原理：从固体到蒸汽
所有PVD工艺都在真空腔内进行，并共享三个基本步骤。“PVD类型”完全由第一步定义。
1. 汽化
这是决定性阶段。源材料（称为“靶材”）从固体转化为蒸汽。此处使用的方法决定了蒸汽颗粒的能量和工艺的整体特性。
2. 传输
一旦汽化，原子或分子在低压真空环境中沿直线传播，与背景气体分子几乎不发生碰撞或不发生碰撞。
3. 沉积
蒸汽流与较冷的基底（被镀物体）接触，并在其表面凝结，形成一层薄而坚固的薄膜。
类别1：热蒸发（用热量汽化）
热蒸发是概念上最简单的PVD方法。源材料在真空中被加热，直到其表面原子获得足够的热能“沸腾”或蒸发。
工作原理
想象一下烧开一锅水。水变成蒸汽（水蒸气），然后会凝结在上方放置的冷却表面上，就像锅盖一样。热蒸发的工作原理与此相同，但用于真空中的固体材料。
子类型：电阻加热
这是最直接的蒸发技术。源材料放置在高电阻容器中，通常称为“舟”，由钨等材料制成。高电流通过此舟，使其迅速加热，进而加热并蒸发源材料。
子类型：电子束（E-Beam）蒸发
对于熔点非常高的材料（如陶瓷或难熔金属），电阻加热不足。电子束蒸发使用高能电子束，由磁场引导，直接撞击并加热源材料，导致局部沸腾和蒸发。
类别2：溅射（用动量汽化）
溅射是一个动能过程，而非热过程。它利用高能离子的动量传递，从靶材中剥离原子。
工作原理
该过程首先将惰性气体（通常是氩气）引入真空腔。施加强大的电场，使气体电离并产生发光等离子体。这些正氩离子随后以巨大的力量加速撞击带负电的靶材。
当离子撞击靶材时，它们就像原子级的台球，物理性地撞出或“溅射”靶材表面的原子。这些被喷射出的原子随后传输到基底并形成镀层。
了解权衡：蒸发与溅射
两种方法都没有普遍的优越性；它们适用于不同的目标。
薄膜附着力和密度
溅射原子以比蒸发原子高得多的动能喷射。这种高能量有助于它们在嵌入基底表面时形成更致密、附着力更强的薄膜。赢家：溅射。
材料兼容性
热蒸发最适用于熔点相对较低的单元素金属。合金难以蒸发，因为沸点较低的元素会首先汽化。溅射会物理性地喷射靶材表面上的任何物质，使其非常适合沉积合金、化合物和混合物，并具有精确的控制。赢家：溅射。
沉积速率
热蒸发通常是快得多的沉积过程，能够在更短的时间内形成更厚的薄膜。溅射是一个较慢、更受控的过程。赢家：热蒸发。
基底热负荷
热蒸发中的强烈加热会辐射大量热量，这可能会损坏对热敏感的基底，如塑料。溅射在辐射热方面被认为是“较冷”的工艺，使其对精密部件更安全。赢家：溅射。
为您的应用做出正确选择
选择正确的PVD工艺需要将工艺能力与您应用的特定需求相匹配。
- 如果您的主要关注点是纯金属的高速沉积： 热蒸发，特别是电阻加热，是最直接和高效的选择。
- 如果您的主要关注点是沉积复杂的合金、化合物，或实现最大的薄膜附着力和密度： 溅射为这些要求苛刻的应用提供了卓越的控制和薄膜质量。
- 如果您的主要关注点是沉积高纯度难熔金属或陶瓷： 电子束蒸发是理想的方法，因为它可以达到必要的温度而不会污染源材料。
最终，了解基本的汽化机制是选择能够达到您所需结果的PVD工艺的关键。
总结表：
| PVD类型 | 主要机制 | 最适合 | 主要优势 |
|---|---|---|---|
| 热蒸发 | 加热源材料使其汽化 | 纯金属的高速沉积，高纯度陶瓷 | 高沉积速率 |
| 溅射 | 高能离子轰击喷射靶原子 | 合金、化合物、高附着力/密度薄膜 | 卓越的薄膜质量和材料兼容性 |
| 电子束蒸发 | 聚焦电子束进行局部加热 | 难熔金属、高纯度材料 | 高温能力，无污染 |
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