从本质上讲，气相沉积是一种用于在基材（称为衬底）上施加极薄材料膜的工艺家族。两个基本类别是物理气相沉积（PVD），其中材料被物理汽化并转移；以及化学气相沉积（CVD），其中前体气体在衬底表面反应以生长新的材料层。
本质区别在于薄膜的形成方式。PVD是一个物理过程，就像用原子喷漆一样。CVD是一个化学过程，就像通过受控反应逐个原子地构建结构一样。
物理气相沉积（PVD）：一种视线过程
PVD技术在真空中操作，涉及将固体源材料物理转化为蒸汽，然后蒸汽凝结到衬底上。这是一个视线过程，意味着原子从源头直线传播到衬底。
PVD的核心原理
目标材料受到能量轰击，导致原子或分子被喷射出来。这些粒子穿过真空室并沉积到衬底上，形成薄膜。
热蒸发
这是最简单的PVD方法之一。源材料在高度真空中加热，直到它蒸发或升华。产生的蒸汽然后传播并凝结在较冷的衬底上，很像蒸汽凝结在冷镜子上。
溅射
在溅射中，所需材料的靶材在等离子体中受到高能离子（通常来自惰性气体如氩气）的轰击。这种轰击就像微型霰弹枪一样，物理地将原子从靶材上击落。这些被喷射出的原子然后沉积到衬底上，形成致密且附着力强的薄膜。
化学气相沉积（CVD）：用化学构建
CVD是一种根本不同的方法。它不是物理转移固体材料，而是将一种或多种挥发性前体气体引入反应室。这些气体在加热的衬底上分解或反应，形成所需的固体薄膜。
CVD的核心原理
CVD的本质是表面上的化学反应。因为它依赖于可以流过和进入特征的气体，CVD提供了出色的共形覆盖，这意味着它可以均匀地涂覆复杂的、三维的形状。
按压力分类
腔室压力显著影响沉积过程。
- 常压CVD（APCVD）：在常压下进行。它快速简单，但通常受限于前体气体到达表面的速度（传质限制），这会影响薄膜的均匀性。
- 低压CVD（LPCVD）：在减压下进行。这会减慢过程，但允许气体更均匀地扩散，使沉积成为反应速率限制。结果是卓越的均匀性和纯度，这对于电子产品至关重要。
按能量源分类
热量是驱动反应的传统方式，但其他能量源允许更大的控制和更低的温度。
- 热CVD：衬底被加热，提供前体反应所需的能量。
- 等离子体增强CVD（PECVD）：使用等离子体来激发前体气体，使得沉积可以在比热CVD低得多的温度下进行。这对于涂覆对热敏感的衬底（如塑料或某些电子设备）至关重要。
- 金属有机CVD（MOCVD）：这种专业技术使用金属有机化合物作为前体，是现代半导体工业制造高性能LED和晶体管的基石。
理解权衡：PVD vs. CVD
在PVD和CVD之间做出选择需要理解它们固有的优缺点。
共形覆盖（涂覆复杂形状）
CVD在这方面表现出色。气态前体可以流入深沟槽并均匀涂覆复杂的表面。PVD在这方面表现不佳，因为它是一个视线过程，会在凸起特征后面产生“阴影”。
沉积温度
传统的CVD需要高温来驱动化学反应。然而，像PECVD这样的技术允许低温沉积。PVD通常可以在较低温度下进行，尽管衬底在过程中仍可能显著升温。
薄膜纯度和结构
CVD可以生产异常纯净的晶体薄膜，因为该过程是基于特定的化学反应构建的。PVD薄膜更容易掺入来自腔室的杂质，并且可能具有较不规则的非晶态结构，除非过程得到仔细控制。
材料多功能性
PVD对于纯金属、合金和化合物更具通用性。基本上，任何可以物理汽化或溅射的材料都可以沉积。CVD受限于可以找到合适的、稳定的、通常无毒的前体气体的材料。
如何将其应用于您的项目
您的选择完全取决于薄膜所需的特性和您正在使用的衬底。
- 如果您的主要重点是均匀涂覆复杂的3D物体：CVD是更好的选择，因为它是非视线、基于气体的沉积。
- 如果您的主要重点是在平坦表面上沉积纯金属薄膜：PVD，特别是溅射，提供出色的附着力和控制。
- 如果您的主要重点是生长高纯度晶体半导体层：像MOCVD这样的专业CVD工艺是行业标准。
- 如果您的主要重点是对热敏材料施加硬涂层：PECVD（一种CVD）或溅射（一种PVD）都是出色的低温选择。
理解物理转移（PVD）和化学生成（CVD）之间的根本区别，使您能够为特定的工程挑战选择正确的工具。
总结表：
| 特点 | PVD（物理气相沉积） | CVD（化学气相沉积） |
|---|---|---|
| 工艺类型 | 材料的物理转移 | 表面化学反应 |
| 共形覆盖 | 差（视线） | 优（气体流入特征） |
| 典型温度 | 较低（可变） | 较高（PECVD可实现较低温度） |
| 薄膜纯度/结构 | 纯度较低/非晶态 | 高纯度，可能为晶体 |
| 材料多功能性 | 高（金属、合金、化合物） | 受限于前体可用性 |
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