最常见的物理气相沉积（PVD）例子包括溅射镀膜、热蒸发和离子镀。这些都是用于制造高性能薄膜的真空工艺。它们通过将固体源材料转化为蒸汽，将其输送到真空室，并使其在目标组件（称为基板）的表面上凝结来实现这一目标。
理解PVD的关键不在于记住技术列表，而在于认识到它们都遵循相同的核心原理：在没有化学反应的情况下，将材料从源头物理地转移到基板上。具体的例子仅仅代表了实现初始汽化步骤的不同方法。
PVD的统一原理：从固体到蒸汽再到薄膜
无论采用何种特定技术，每种PVD工艺都根本上由在高真空环境中发生的三个关键阶段组成。真空对于防止汽化后的涂层材料与空气分子碰撞和反应至关重要。
阶段 1：汽化
这是不同PVD技术产生分歧的步骤。目标是将固体源材料（称为“靶材”或“源”）转化为气态蒸汽。这是通过用高能源（如离子或电子）轰击材料，或者通过加热直到其蒸发来实现的。
阶段 2：传输
汽化后，涂层材料的原子或分子穿过真空室。这个旅程通常是直线进行的，这是PVD的一个定义特征，称为“视线”沉积。
阶段 3：沉积
当汽化后的材料到达基板（需要涂层的部件）时，它会重新凝结成固体状态。这个过程逐原子地积累，在基板表面形成一层薄而高度附着的薄膜。在某些情况下，会引入氮气等反应性气体，以形成氮化钛等复合涂层。
深入了解关键PVD技术
PVD的“例子”实际上只是实现汽化阶段的不同方法。最主要的两种技术是溅射和蒸发。
溅射镀膜（Sputtering）
溅射可以说是用途最广泛、使用最广泛的PVD工艺。它涉及产生等离子体，通常由氩气等惰性气体产生。
等离子体会产生高能离子，这些离子被加速射向源材料（靶材）。当这些离子撞击靶材时，它们会物理地将源材料的原子“溅射”出来，像台球一样将它们喷射到真空室中。然后，这些被溅射的原子沉积到基板上。
热蒸发
热蒸发是一个更直接的过程。固体源材料在真空中被加热，直到它开始沸腾或升华，释放出蒸汽。
加热通常通过两种方式之一完成：要么通过向容纳材料的电阻元件通入高电流（电阻加热），要么通过用高能电子束轰击它（电子束蒸发）。然后，这种蒸汽传输到基板并凝结。
离子镀
离子镀是一种增强的PVD工艺，它将蒸发或溅射的元素与对基板的同时离子轰击结合起来。通过对基板施加高负电压，它会吸引等离子体中的带正电荷的离子，从而在形成过程中产生更致密、附着力更强的薄膜。
理解权衡
没有一种技术是普遍优越的。选择PVD方法（或是否使用PVD）取决于期望的结果和应用的限制。PVD的主要替代方法是化学气相沉积（CVD）。
PVD的弱点：视线限制
由于PVD依赖于原子的直线物理传输，因此它难以均匀地涂覆具有隐藏表面或深层凹槽的复杂三维形状。涂层在直接面向源的表面上最厚，在阴影区域最薄或不存在。
PVD的优势：较低的温度
PVD工艺可以在相对较低的温度下进行。这使得它们非常适合涂覆无法承受许多CVD工艺所需的高温的基板，例如塑料或某些经过热处理的金属合金。
何时考虑化学气相沉积（CVD）
CVD没有视线限制。在CVD中，前驱体气体流入腔室并在加热的基板表面上反应形成薄膜。这使得气体能够渗透到复杂的几何形状中，从而形成在所有表面上都均匀的、高度保形涂层。
为您的目标做出正确的选择
选择正确的方法需要平衡所需薄膜的特性、部件的几何形状以及基板材料的性质。
- 如果您的主要重点是沉积纯金属或简单合金：热蒸发通常是一种直接且经济高效的方法，尤其适用于光学涂层。
- 如果您的主要重点是制造非常致密、坚硬或高附着力的薄膜（如氮化物或氧化物）：溅射镀膜提供卓越的工艺控制，并产生用于耐磨损应用的高质量薄膜。
- 如果您的主要重点是在复杂的三维部件上实现完全均匀的涂层：您应该研究化学气相沉积（CVD），因为其气相特性克服了PVD的视线限制。
最终，选择正确的技术取决于对您的材料、基板和所需薄膜特性的清晰理解。
摘要表：
| PVD技术 | 主要汽化方法 | 关键特性 |
|---|---|---|
| 溅射镀膜 | 离子轰击（等离子体） | 高质量、致密薄膜；非常适合氮化物/氧化物 |
| 热蒸发 | 加热（电阻或电子束） | 经济高效；适用于纯金属和光学涂层 |
| 离子镀 | 蒸发/溅射 + 离子轰击 | 增强的薄膜密度和附着力；混合工艺 |
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