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：加热汽化
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：台球的类比
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。
性能和结果的关键差异
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。
薄膜质量和纯度
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。
沉积速率（速度）
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。
基板覆盖范围
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。
操作温度
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。
理解权衡
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。
成本和系统复杂性
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。
材料兼容性
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。
可扩展性和自动化
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。
为您的应用做出正确的选择
您的最终决定应以您需要实现的最重要结果为指导。
- 如果您的主要重点是高吞吐量生产和更低的成本：蒸发通常是最实用和最经济的选择。
- 如果您的主要重点是卓越的薄膜质量、纯度和附着力：溅射是要求苛刻的应用的明确技术解决方案。
- 如果您正在涂覆复杂的形状或热敏基板：溅射出色的覆盖范围和低温操作具有明显的优势。
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。
摘要表：
| 特征 | 蒸发 | 溅射 |
|---|---|---|
| 工艺类型 | 热力学（加热汽化） | 机械（动量传递） |
| 薄膜质量 | 良好；可能更疏松 | 卓越；更致密，附着力更好 |
| 沉积速率 | 高 | 较低 |
| 基板覆盖范围 | 视线范围；复杂形状有阴影 | 出色；均匀覆盖复杂形状 |
| 操作温度 | 高（可能加热基板） | 低（热敏材料的理想选择） |
| 成本与复杂性 | 通常成本较低，系统更简单 | 成本较高，设备更复杂 |
| 材料通用性 | 有限；最适合简单材料 | 高；金属、陶瓷、合金、电介质 |
| 最适合 | 高吞吐量、经济高效的涂层 | 高精度、高质量薄膜 |
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