沉积速率的单位是什么？掌握工艺的厚度和质量指标

在实践中，沉积速率通常以两种主要方式表示：表示为厚度随时间的变化，或表示为质量随时间的变化。薄膜应用中最常见的单位是每秒埃（Å/s）或每秒纳米（nm/s），而工业或大批量工艺通常使用每分钟克（g/min）或每小时千克（kg/hr）。

您为沉积速率选择的单位不仅仅是约定俗成的问题；它反映了您的主要目标。测量随时间变化的厚度对于控制薄膜的功能特性至关重要，而测量随时间变化的质量对于管理材料吞吐量和成本至关重要。

沉积速率的两种视角

从根本上讲，沉积是将材料添加到基板上的过程。您如何量化这种添加，完全取决于您需要控制该过程的哪个方面。

这是研究、半导体制造和光学涂层中最常见的指标，因为薄膜的物理尺寸决定了其性能。

当薄膜的电阻、光学透过率或机械应力与其高度直接相关时，测量厚度至关重要。

该指标在工业环境中占主导地位，因为材料消耗、工艺效率和成本是主要驱动因素。

每分钟克（g/min）：工业规模物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）的常见单位，在这些工艺中，跟踪源材料（例如蒸发坩埚或溅射靶材）的消耗至关重要。
每小时千克（kg/hr）：用于重工业应用，如大面积涂层、焊接或大批量增材制造（3D 打印），其中吞吐量是关键绩效指标。

测量质量为您提供了关于沉积了多少材料的直接、明确的度量，这对于成本分析和供应链管理至关重要。

您用来测量速率的工具通常决定了您使用的单位。这两种单位类型通过材料的密度直接关联。

QCM 是最常见的原位工具，用于实时速率监测。它的工作原理是测量质量的变化。然而，系统的软件几乎总是使用预先提供的材料密度值，将该质量测量转换为厚度，然后以 Å/s 或 nm/s 为单位显示给用户。

触针轮廓仪和光学轮廓仪是事后测量沉积后薄膜物理高度（厚度）的方法。然后通过将最终厚度除以总沉积时间来计算速率。椭偏仪可用于原位或事后测量薄膜厚度，精度很高，同样得出基于厚度的速率。

对于大批量工艺，最简单的方法是在沉积运行前后称量工件。将质量差除以工艺时间，即可直接得出平均沉积速率（单位如 g/min）。

选择单位不仅仅是学术问题；它对工艺控制和质量具有实际影响。

以 nm/s 衡量的速率有时可能具有误导性。它假设沉积的材料具有均匀、已知且完全致密的结构。如果工艺条件发生变化（例如压力或温度），您可能会沉积出密度较低、孔隙率较高的薄膜。

QCM 可能会报告相同的“厚度”速率，但由于每单位体积沉积的材料较少，薄膜的实际特性可能截然不同。

质量速率是一个绝对量。1 g/min 的速率意味着每分钟沉积的材料正好是一克，而与材料的密度或孔隙率无关。这使其成为工艺控制和成本建模更可靠的指标。

如果您知道材料的密度和沉积面积，则可以轻松地在质量速率和厚度速率之间进行转换。

基本关系是： 厚度速率 = 质量速率 / (沉积面积 × 材料密度)

这正是 QCM 控制器用来将其测量的质量转换为其显示的厚度的公式。

您选择的单位应基于您应用的特定需求做出的有意识的决定。

最终，理解这两种单位将使您能够超越简单的测量，真正掌握您的沉积工艺。

单位类型	常见单位	主要应用	关键考虑因素
每单位时间的厚度	Å/s, nm/s, µm/hr	薄膜特性（半导体、光学）	假设材料密度；可能受孔隙率影响。
每单位时间的质量	g/min, kg/hr	工业吞吐量、成本控制	消耗材料的绝对量度；与密度无关。