蒸发（Evaporation）和溅射（Sputtering）的区别是什么？选择正确的薄膜沉积方法

从本质上讲，蒸发和溅射的区别在于原子如何从源材料中释放出来以形成薄膜。蒸发利用热量将材料加热至沸腾或升华成蒸汽，然后蒸汽在表面凝结，就像蒸汽使冷镜起雾一样。相比之下，溅射利用动能，其中等离子体中的高能离子轰击源材料，像台球中的母球击散一堆球一样，物理性地将原子撞击下来。

尽管两者都是用于制造薄膜的物理气相沉积（PVD）技术，但在这两者之间进行选择代表着一个根本性的权衡：蒸发提供速度和简单性，而溅射则提供卓越的薄膜质量、附着力和均匀性。

基本机制：热能与动能

要选择正确的工艺，您必须首先了解每种工艺在原子层面上的工作原理。这些方法在根本上是不同的，这直接影响最终薄膜的特性。

热蒸发是一个直观的过程。将源材料或“装料”放置在真空室中并加热，直到它开始沸腾或升华。

这会产生原子蒸汽，原子蒸汽穿过真空。当这些汽化的原子遇到较冷的表面——基底——时，它们会凝结在其上，逐渐形成薄膜。该过程是“视线”的，意味着材料以直线从源头传播到基底。

溅射是一个更复杂、更具能量的过程。它首先向真空室中引入惰性气体，通常是氩气，并对其进行激励以产生等离子体。

在源材料（称为“靶材”）上施加一个很强的负电压。这会吸引来自等离子体的正氩离子，使其加速并高速撞击靶材。

这些碰撞具有足够的动能，可以物理性地剥离或“溅射”靶材上的原子。这些被喷射出的原子然后传输并沉积到基底上，形成致密且均匀的薄膜。

机制上的差异导致了性能、质量和应用适用性的显著变化。

溅射几乎总是能产生更高质量的薄膜。溅射原子到达基底时的能量远高于蒸发原子，从而形成更致密、更均匀的薄膜结构，缺陷更少。

这种高能量还带来了卓越的附着力，因为原子可以轻微地嵌入基底表面，形成更牢固的结合。蒸发膜通常更疏松，附着力可能较弱。

蒸发通常是更快的工艺。通过产生强大的蒸汽流，蒸发可以实现高沉积速率，使其适用于对循环时间至关重要的批量生产。

溅射是一次喷射一个原子或小团簇，这是一个本质上更慢、更受控的过程。这导致沉积速率较低，特别是对于介电材料。

对于涂覆复杂的三维形状，溅射的性能要优越得多。溅射原子在腔室内散射更多，使其能够覆盖侧壁和复杂的特征。这被称为良好的阶梯覆盖率（step coverage）。

蒸发的视线特性会产生“阴影效应”，使得在非平坦表面上实现均匀涂层变得困难。

没有一种方法是绝对最好的。选择取决于在项目要求和每种技术的固有局限性之间进行平衡。

蒸发系统通常更简单，构建和操作成本更低。核心组件是真空室、用于加热的电源以及源和基底的支架。

溅射系统更复杂，需要高压电源、气体流量控制器，以及（在磁控溅射中）通常需要磁铁来提高效率。这增加了初始成本和操作复杂性。

溅射提供了更大的灵活性。它可以沉积更广泛的材料，包括合金和化合物，同时保持其原始化学成分。该过程还允许精确控制薄膜厚度和其它特性。

对于熔点非常高的材料，蒸发可能很具有挑战性。在沉积合金时，沸点较低的组分会先蒸发，从而改变所得薄膜的成分。

溅射是较低温度的过程。虽然等离子体很热，但基底本身不需要加热，并且接收到的来自源的热辐射较少。这使得溅射非常适合涂覆对温度敏感的基底，如塑料。

蒸发需要将源材料加热到极高的温度，这可能会辐射出大量热量，并可能损坏基底。

您的最终决定必须以您项目的主要目标为指导。每种方法都是针对不同优先事项进行优化的工具。

最终，选择正确的沉积方法需要清楚地了解您的应用是优先考虑速度和成本，还是优先考虑精度和质量。