什么是物理气相沉积和化学气相沉积？选择合适涂层技术的指南

从本质上讲，物理气相沉积（PVD）是一个物理过程，它将材料从固体源传输到基板上；而化学气相沉积（CVD）是一个化学过程，它利用前驱体气体直接在基板表面上构建新材料。PVD就像用原子进行喷漆，而CVD则像通过受控的化学反应逐块构建薄膜。

根本的区别很简单：PVD是将现有固体材料从一个地方移动到另一个地方。CVD利用气体之间的化学反应在表面上产生全新的固体材料。

物理气相沉积（PVD）的机理

物理气相沉积是一个“视线”过程，涉及三个主要步骤：蒸发、传输和沉积。整个过程在一个高真空腔室内进行，以确保最终薄膜的纯度。

源材料

该过程始于您希望沉积的材料的固体块，称为“靶材”或“源”。这可以是一种纯金属、合金或陶瓷。

蒸发过程

能量施加到源材料上，将其转化为蒸汽。这是通过纯粹的物理手段实现的，最常见的是通过蒸发（加热材料直到其沸腾）或溅射（用高能离子轰击材料，将原子撞击下来）。

沉积步骤

这些蒸发的原子在真空室中沿直线传播，并凝结在较冷的基板上。这种凝结作用在基板表面重新形成材料，形成一层薄薄的固体薄膜。

化学气相沉积（CVD）的机理

化学气相沉积是一个更复杂的过程，它依赖于化学反应来形成涂层。它不受视线限制，因此可以均匀地涂覆复杂的形状。

前驱体气体

CVD不是从固体开始，而是从一种或多种称为“前驱体”的挥发性气体开始。这些气体含有形成最终薄膜所需的化学元素。

化学反应

将基板放置在反应室中并加热。然后将前驱体气体引入腔室，高温为它们在基板的热表面上反应或分解提供所需的能量。

构建薄膜

这种化学反应直接在基板上形成新的、稳定的固体材料。反应副产物（通常是气态的）随后被泵出腔室。该过程有效地在表面上“生长”出所需的薄膜。

理解权衡

在PVD和CVD之间进行选择需要了解它们固有的局限性和优势。正确的选择完全取决于材料、基板和最终薄膜所需的性能。

PVD：视线限制

由于PVD中蒸发的原子是直线传播的，因此很难对复杂的、三维的部件实现均匀涂层。不在源材料直接视线范围内的表面将接收到很少或没有涂层。

CVD：高温要求

传统的CVD热工艺需要非常高的温度才能引发必要的化学反应。这种热量很容易损坏对温度敏感的基板，例如塑料或某些电子元件。

CVD：工艺和材料的复杂性

CVD涉及的化学过程可能复杂且危险。前驱体气体通常有毒、腐蚀性或自燃性，需要专门的处理和设备。相比之下，PVD通常使用稳定的固体源材料。

PVD与CVD：薄膜的保形性

CVD在创建高度保形性涂层方面表现出色，这意味着薄膜的厚度在最复杂的形貌上也是完全均匀的。由于PVD是视线过程，其对表面进行保形的程度要低得多。

为您的目标做出正确的选择

您应用的具体要求将决定哪种方法更优越。这个决定取决于工艺的简易性、温度限制和最终薄膜所需质量之间的权衡。

• 如果您的主要重点是在相对平坦的表面上沉积简单的金属或合金涂层： PVD通常是更直接、更具成本效益和更低温度的解决方案。
• 如果您的主要重点是创建极其纯净、致密且高度保形性的薄膜（如半导体或陶瓷）： 只要基板能够承受高温，CVD的化学生长过程通常是更优的选择。
• 如果您的基板对温度敏感，但需要保形、高质量的薄膜： 您应该研究低温CVD变体，例如等离子体增强化学气相沉积（PECVD），它使用等离子体而不是高温来驱动反应。

最终，理解物理传输与化学创建之间的基本区别是选择最适合您应用的理想沉积技术的关键。

摘要表：

特征	PVD（物理气相沉积）	CVD（化学气相沉积）
工艺类型	物理（原子传输）	化学（气体反应）
涂层均匀性	视线（保形性较低）	非视线（高度保形）
温度	较低温度	高温（PECVD除外）
材料复杂性	较简单（固体靶材）	复杂（危险的前驱体气体）
最适合	平坦表面上的金属/合金涂层	高纯度、保形薄膜（半导体、陶瓷）

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