在任何物理气相沉积（PVD）工艺中， 基底是涂层沉积在其上的材料、物体或组件。它充当薄膜的物理基础。虽然PVD系统的腔室和电子设备产生涂层材料蒸汽，但接收这种蒸汽并决定涂层部件最终性能的是基底。
基底不仅仅是涂层的被动基础；它是一个活跃的组成部分，其特性——从材料和温度到表面光洁度——直接影响沉积薄膜的附着力、结构和最终性能。
基底在PVD生态系统中的作用
理解基底就是理解质量的起点。它是PVD工艺不可或缺的一部分，与涂层材料本身或沉积设备同样关键。
沉积的基础
从最基本的层面来看，基底只是气化涂层材料的目标。原子或分子从源（例如，溅射靶）穿过真空室，并在基底表面凝结，逐层构建薄膜。
影响薄膜附着力
附着力是涂层与基底之间的结合强度。这可以说是耐用涂层最关键的因素，它几乎完全由基底的表面状况决定。
不干净的表面，被油污、灰尘或氧化物污染，会阻碍形成牢固的结合，导致薄膜容易剥落或脱落。
决定微观结构和生长
基底直接影响涂层原子在着陆时的排列方式。例如，基底的温度控制着到达原子的迁移率。
较热的基底允许原子在沉降前有更多的移动空间，这可以导致更致密、应力更小的薄膜。较冷的基底会将原子“冻结”在原位，这可能导致更疏松或柱状的结构。
提供功能特性
在许多应用中，基底不仅仅是支架，更是最终产品功能的关键部分。对于集成电路，硅晶圆基底是活性电子元件。对于涂层涡轮叶片，高温合金基底提供高温强度。
需要考虑的关键基底特性
基底的选择和准备是经过深思熟虑的工程选择。必须管理几个关键特性以确保成功的结果。
材料成分
基底可以由各种材料制成，包括金属（如钢、铝、钛）、陶瓷（氧化铝、氮化硅）、聚合物、玻璃和半导体（硅晶圆）。选择完全取决于最终应用的要求。
表面准备和清洁度
这是良好附着力的必要先决条件。基底在沉积开始前，通常会经过严格的多步清洁过程，包括溶剂、超声波浴和真空等离子体蚀刻。即使是一个指纹也可能毁掉一个涂层。
表面粗糙度
基底表面的形貌或粗糙度很重要。像抛光硅晶圆那样极其光滑的表面对于光学或半导体薄膜至关重要。对于机械涂层，稍微粗糙的表面有时可以通过物理互锁来提高附着力。
基底温度
如前所述，温度是主要的工艺控制参数。PVD系统通常包括集成加热器或冷却台，以在沉积过程中精确控制基底温度，从而微调薄膜的密度、应力和晶体结构。
理解权衡
选择基底涉及平衡相互竞争的因素。一种应用中的理想基底可能完全不适合另一种应用。
成本与性能
高度工程化的基底，例如大型单晶硅晶圆，比一块简单的不锈钢要昂贵得多。基底的成本必须由应用的性能要求来证明。
热失配
每种材料都有一个热膨胀系数（CTE）——它随温度膨胀或收缩的速率。如果基底和涂层的CTE差异很大，温度变化会在薄膜中产生巨大的应力，导致其开裂或分层。
化学和结构兼容性
基底材料必须在所需的工艺温度下稳定，并且不能与涂层材料发生化学反应。此外，其自身的晶体结构有时可以用于影响沉积薄膜的生长，这一过程称为外延。
为您的应用选择合适的基底
正确的选择总是由您的最终目标决定。在确保适当清洁后，请考虑以下准则。
- 如果您的主要关注点是微电子： 您的选择由电气性能和纯度决定，使单晶硅晶圆成为标准。
- 如果您的主要关注点是光学性能： 您需要一个在所需波长下具有卓越平滑度和透明度的基底，例如抛光玻璃、熔融石英或蓝宝石。
- 如果您的主要关注点是机械耐磨性： 您的基底必须坚硬且坚韧，如工具钢或硬质合金，其中最大附着力的表面准备是首要任务。
- 如果您的主要关注点是装饰性： 成本效益以及在ABS塑料、黄铜或不锈钢等材料上实现光滑、明亮饰面的能力是主要驱动因素。
最终，成功的PVD工艺将基底视为关键的设计元素，而不是事后才考虑的。
总结表：
| 关键基底特性 | 对PVD涂层的影响 |
|---|---|
| 材料成分（例如，金属、陶瓷、聚合物） | 决定兼容性、热稳定性和最终部件功能 |
| 表面清洁度 | 直接影响附着强度；污染物导致剥落 |
| 表面粗糙度 | 影响薄膜附着力和光学特性（光滑与粗糙） |
| 基底温度 | 在沉积过程中控制薄膜密度、应力和微观结构 |
| 热膨胀系数（CTE） | 与涂层失配可能导致温度变化下的开裂或分层 |
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