简而言之，气相沉积技术主要分为两大类：物理气相沉积 (PVD) 和 化学气相沉积 (CVD)。核心区别在于材料到达表面的方式。PVD 将固体材料物理转移成蒸汽，然后凝结在基板上，而 CVD 使用前驱体气体在基板表面发生化学反应，形成全新的固体薄膜。
在 PVD 和 CVD 之间进行基本选择，不是哪个技术更优越，而是哪个工艺与材料和被涂覆部件的具体要求相匹配。PVD 是一个视线传输过程，而 CVD 是一个化学反应过程，在均匀涂覆复杂表面方面表现出色。
物理气相沉积 (PVD)：一种视线传输
物理气相沉积包括一系列真空沉积方法，其中材料被转化为蒸汽，穿过真空室传输，并作为薄膜凝结在基板上。这是一个纯粹的物理过程，没有预期的化学反应。
热蒸发
在热蒸发中，源材料在高度真空下加热直至汽化。这些汽化的原子然后直线传播，直到撞击到基板，在那里它们冷却并凝结形成固体薄膜。
一个常见的变体是电子束蒸发，它使用高能电子束来加热源材料。航空航天公司经常使用这种技术在关键部件上应用致密、耐高温的涂层。
溅射
溅射涉及用来自等离子体的高能离子轰击固体源材料，称为“靶材”。这种碰撞会从靶材上物理地喷射或“溅射”出原子，然后这些原子传输并沉积到基板上。
该方法因其在切削工具和工业部件上制造坚硬、致密和耐腐蚀的涂层，以及在太阳能电池板和半导体上应用光学薄膜而备受推崇。
化学气相沉积 (CVD)：逐原子构建薄膜
化学气相沉积是一个将基板暴露于一种或多种挥发性前驱体气体的过程。这些气体在受控环境中在基板表面反应或分解，从而形成所需的固体沉积物。
低压化学气相沉积 (LPCVD)
顾名思义，该过程在真空或低压环境下进行。在这些条件下，薄膜的生长速率受表面化学反应速度的限制。
这种反应速率限制的特性允许前驱体气体在反应之前覆盖整个表面，从而形成具有优异厚度均匀性并能对复杂形状进行保形涂覆的薄膜。
常压化学气相沉积 (APCVD)
该技术在大气压力下操作，简化了设备设计。然而，反应速率是传质限制的，这意味着薄膜的生长取决于前驱体气体通过边界层到达基板的速度。
APCVD 通常比 LPCVD 沉积速度更快，但通常产生的薄膜均匀性较差，因此适用于对完美保形性没有首要考虑的应用。
理解关键差异和权衡
选择正确的技巧需要理解这两大类沉积技术之间的基本权衡。
工艺温度
CVD 通常要求将基板加热到高温，以提供驱动化学反应所需的能量。PVD 通常可以在低得多的基板温度下进行，这对热敏材料至关重要。
涂层保形性
对于涂覆复杂的非平面表面，CVD 是更优的选择。由于该过程由气体驱动，它可以均匀地涂覆复杂的 3D 几何形状。PVD 是一种视线技术，使得在没有复杂部件旋转的情况下涂覆阴影区域或凹槽非常困难。
薄膜纯度和密度
PVD 工艺，特别是溅射，通常会产生具有非常高纯度和密度的薄膜。这是因为您是在洁净的真空环境中直接转移源材料。CVD 薄膜有时可能包含化学反应副产物的杂质。
如何选择正确的技术
您的应用和期望的结果应该是您决策的唯一驱动因素。
- 如果您的主要关注点是在相对简单的表面上获得纯净、致密和坚硬的涂层： PVD，特别是溅射，通常是最直接和有效的解决方案。
- 如果您的主要关注点是均匀地涂覆复杂的 3D 形状： 由于其非视线特性和出色的保形性，CVD 是更优的选择。
- 如果您的基板对高温敏感： 几乎总是需要低温 PVD 工艺，以避免损坏部件。
- 如果您需要创建具有精确化学计量的特定复合材料（例如氮化硅）： CVD 通常通过管理前驱体气流，能对最终材料成分提供更精确的控制。
最终，理解您的目标需要物理转移还是化学创造，是掌握薄膜沉积的第一步。
总结表：
| 技术 | 工艺类型 | 关键特性 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 物理气相沉积 (PVD) | 物理转移 | 视线，较低温度，高纯度/高密度薄膜 | 切削工具、航空航天部件、光学薄膜 |
| 化学气相沉积 (CVD) | 化学反应 | 非视线，保形涂层，较高温度 | 复杂 3D 形状、半导体、复合材料 |
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