蒸发和溅射有什么区别？Pvd 技术的重要见解

蒸发和溅射都是用于制造薄膜的物理气相沉积（PVD）技术，但两者在机理、操作条件和结果上有很大不同。蒸发是将材料加热至汽化，形成蒸汽流凝结在基底上。相比之下，溅射利用高能离子与目标材料碰撞，喷射出原子沉积在基底上。溅射在较高的气体压力下运行，能提供更好的薄膜附着力和均匀性，而蒸发则能提供更高的沉积速率，更适用于高温材料。下面将详细解释两者的主要区别。

要点说明：

1. 沉积机制

蒸发:
- 依靠热能汽化源材料。
- 材料被加热（如通过电阻加热或电子束），直到达到气化温度，形成蒸汽流。
- 蒸汽在基底上凝结形成薄膜。
溅射:
- 在等离子环境中用高能离子（通常是氩离子）轰击目标材料。
- 碰撞将原子或原子团从目标材料中喷射出来，然后沉积到基底上。
- 这一过程不产生热量，依靠的是动量传递而非热量。

2. 运行条件

蒸发:
- 需要高真空环境（非常低的压力），以尽量减少气相碰撞，并确保蒸汽的直接视线轨迹。
- 适用于气化温度较高的材料。
溅射:
- 在较高的气体压力（5-15 mTorr）下运行，溅射颗粒在到达基底之前会发生气相碰撞。
- 气体的存在有助于颗粒热化，从而提高薄膜质量。

3. 沉积率

蒸发:
- 由于热气化产生的气流强劲，沉积率通常较高。
- 较短的运行时间使其在某些应用中更为高效。
溅射:
- 除纯金属外，沉积率一般较低。
- 由于每次喷射的是单个原子或小原子团，因此过程较慢。

4. 薄膜质量和特性

蒸发:
- 产生的薄膜晶粒较大，均匀度较低。
- 由于缺乏高能粒子轰击，薄膜的附着力可能较低。
溅射:
- 使薄膜晶粒更小、更均匀、附着力更强。
- 溅射颗粒的高能特性提高了薄膜的密度和附着力。

5. 沉积物的能量

蒸发:
- 气化颗粒能量低，导致薄膜密度较低。
- 这可能导致薄膜中吸收的气体含量更高。
溅射:
- 溅射粒子具有更高的能量，因此薄膜更致密，缺陷更少。
- 较高的能量还能减少薄膜中的气体吸收量。

6. 可扩展性和自动化

蒸发:
- 由于工艺的视线特性，大面积涂层的可扩展性较差。
- 与溅射相比，自动化能力有限。
溅射:
- 可扩展性强，可自动进行大规模生产。
- 由于工艺的非视线性质，适合复杂几何形状的涂层。

7. 材料兼容性

蒸发:
- 适用于可承受热汽化的高温材料。
- 可通过共蒸发多种材料来制造合金。
溅射:
- 兼容多种材料，包括金属、合金和陶瓷。
- 顺序溅射可用于制造多层涂层。

8. 应用

蒸发:
- 常用于要求高沉积速率的应用，如光学镀膜和金属化。
溅射:
- 适用于要求高质量、高密度薄膜的应用，如半导体制造和保护涂层。

总之，蒸发和溅射是截然不同的 PVD 技术，具有独特的优势和局限性。蒸发技术具有沉积速率高、操作简单等优点，因此适用于特定的高温应用。而溅射则具有卓越的薄膜质量、可扩展性和多功能性，是先进工业应用的理想选择。两者之间的选择取决于涂层工艺的具体要求，包括材料特性、薄膜质量和生产规模。

汇总表：

指标角度	蒸发	溅射
机理	热能使材料汽化。	高能离子轰击目标，喷射出原子。
运行条件	高真空环境，适用于高温材料。	气体压力更高（5-15 mTorr），薄膜质量更好。
沉积速率	沉积率较高，运行时间较短。	沉积率较低，纯金属除外。
薄膜质量	粒度越大，均匀性越差，附着力越低。	晶粒较小，均匀性较好，附着力较高。
沉积物的能量	低能量粒子，薄膜密度较低。	高能粒子，薄膜更致密，缺陷更少。
可扩展性	可扩展性较低，自动化程度有限。	可扩展性高，适用于大规模复杂几何形状。
材料兼容性	高温材料和合金制造的理想选择。	与金属、合金、陶瓷和多层涂层兼容。
应用	光学涂层、金属化。	半导体制造、保护涂层。