什么是蒸发和溅射？为您的薄膜需求选择正确的 Pvd 方法

从本质上讲，蒸发和溅射是用于制造薄膜的两种不同的物理气相沉积 (PVD) 方法。蒸发利用热量——通常来自电子束——将源材料加热成蒸汽，然后蒸汽在基板上凝结。相比之下，溅射是一种机械过程，其中利用带电离子物理地将原子从靶材上撞击下来，然后这些原子传输并沉积到基板上。

在这两种方法之间的根本选择在于一种权衡。蒸发通常对于更简单的涂层来说更快、更具成本效益，而溅射则提供卓越的薄膜质量、纯度和覆盖范围，使其成为高精度应用的理想选择。

每种工艺的工作原理：基本比较

这两种技术都是逐个原子地创建薄膜，但它们从源材料中释放原子的方法从根本上是不同的。

蒸发是一个完全热力学的过程。将源材料放置在真空室中并加热，直到它真正沸腾并变成气体。

然后，这种蒸汽沿直线传播，直到接触到较冷的基板，在那里它重新凝结成固体，形成一层均匀的薄膜。最常用的方法是电子束蒸发，它使用聚焦的电子束来加热材料。

溅射是一个由动量传递驱动的物理或机械过程。把它想象成一场微观的台球比赛。

在真空室中，会产生高能等离子体（通常使用惰性气体如氩气）。这些带电的气体离子被加速并撞击到由所需涂层材料制成的靶材上。

这种碰撞会物理地将原子从靶材上撞击下来，“溅射”掉它们。这些被喷射出的原子然后传输并沉积到基板上，形成薄膜。

原子释放方式的差异导致最终薄膜的特性和工艺效率存在显著差异。

溅射通常会产生密度更高、附着力更好、纯度更高的薄膜。溅射原子的能量特性有助于它们在基板上形成更紧密堆积的结构。

蒸发有时会导致薄膜孔隙率更高，并且由于它依赖于熔化和沸腾，因此不太适合精确沉积复杂的化合物或合金而不改变其成分。

蒸发的沉积速率几乎总是高得多。将材料加热成致密蒸汽是一种非常有效、快速移动大量原子的方法。

溅射是一个更慢、更精细的逐个原子撞击过程，导致沉积速率较低。

溅射能提供明显更好的涂层覆盖范围，尤其是在具有复杂或不规则形状的基板上。由于溅射的原子向各个方向喷射，它们可以覆盖到与源材料没有直接“视线”的表面。

蒸发是高度定向的。蒸汽沿直线传播，这可能在复杂部件上造成“阴影”，导致涂层不均匀。

溅射是一种低温工艺。基板不需要显著加热，这使其成为涂覆塑料或电子元件等热敏材料的理想选择。

蒸发涉及将源材料汽化所需的高温，这会辐射并加热基板，限制了其在某些材料上的使用。

选择一种方法需要平衡您的技术要求和预算、生产量等实际限制。

蒸发系统通常更简单、更具成本效益，特别是对于速度是成本主要驱动因素的大批量生产。

由于需要高压电源、用于限制等离子体的磁场以及更复杂的真空系统，溅射设备可能更复杂。

溅射用途极其广泛，可用于沉积各种材料，包括金属、陶瓷、电介质和复杂合金。由于它不熔化靶材，材料的原始成分在最终薄膜中得以保留。

蒸发的限制更多。它最适用于具有方便的沸点，并且在加热成气态时不会分解或反应的材料。

溅射被认为更具可扩展性，更适合自动化、工业应用。该过程高度可控且可重复，这对于高精度制造至关重要。

您的最终决定应以您需要实现的最重要结果为指导。

最终，了解每种工艺独特物理机制的能力，使您能够选择最符合您项目特定目标的工具。