什么是气体沉积技术？PVD和CVD薄膜方法指南

从本质上讲，“气体沉积技术”是指任何一种材料以气态或蒸汽态传输，然后作为固体薄膜沉积到表面上的过程。这个通用术语并非正式的行业分类，但它准确地描述了当今使用的两种主要的薄膜沉积技术：物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

根本区别在于材料如何输送到表面。物理气相沉积（PVD）将固体源材料物理转化为蒸汽进行沉积，而化学气相沉积（CVD）则利用前体气体之间的化学反应在基底上生成新的固体材料。

气相沉积的两大支柱

虽然还存在电镀或旋涂等其他方法，但PVD和CVD因其精度和多功能性而成为高性能应用的首选技术。理解它们意味着理解绝大多数先进涂层技术。

物理气相沉积（PVD）：物态的变化

PVD本质上是一个物理过程。固体或液体源材料（称为“靶材”）在真空腔内转化为蒸汽，穿过腔室，然后凝结在基底上形成薄膜。

最终薄膜的成分与源材料基本相同。这是一种直接的转移，只是其状态从固态变为气态再变回固态。

实现这一目标有多种方法，包括：

• 热蒸发：电阻热源加热材料直至其蒸发。
• 电子束蒸发（E-beam）：高能电子束聚焦在靶材上，使其熔化并蒸发。这在航空航天领域常用于致密、耐高温的涂层。
• 溅射：（未在参考文献中提及，但为PVD的关键类型）高能离子轰击靶材，物理性地将原子从其表面击出。

化学气相沉积（CVD）：创造新材料

CVD是一个化学过程。一种或多种挥发性前体气体被引入反应腔。这些气体在加热的基底上或附近分解并反应，形成一种全新的固体材料并沉积到表面上。

与PVD不同，沉积的薄膜是化学反应的产物，而不是源材料本身。例如，您可以让硅烷气体（SiH₄）和氨气（NH₃）反应，生成氮化硅（Si₃N₄）薄膜，这是一种硬质陶瓷材料。

理解核心区别

PVD和CVD之间的选择完全取决于所需的材料、被涂覆部件的几何形状以及薄膜所需的性能。

源材料

在PVD中，源是您想要沉积的精确材料的固体靶材（例如，一块纯钛）。

在CVD中，源是含有在表面合成所需薄膜所需原子元素的反应性前体气体。

沉积机制

PVD是视线过程。汽化原子以相对直线的路径从源移动到基底。

CVD通常不是视线过程。前体气体可以流过复杂的物体，从而在复杂的3D表面上形成高度均匀的涂层。

常见应用

PVD广泛用于在切削工具上施加硬质、耐腐蚀涂层，用于太阳能电池板和半导体的光学薄膜，以及金属装饰性饰面。

CVD是半导体行业的基石，用于制造构成晶体管的高纯度绝缘和半导体层。它也用于制造超硬类金刚石碳（DLC）涂层。

为您的目标做出正确选择

选择正确的方法需要理解您的最终目标，因为每种技术的基本原理都会导致不同的优缺点。

• 如果您的主要重点是将纯金属或简单合金沉积到相对平坦的表面上：PVD是最直接、高效和可控的方法。
• 如果您的主要重点是创建复杂的化合物薄膜（如氮化物或氧化物）或均匀涂覆复杂的3D形状：CVD的反应性、非视线性质更优越。

理解物理转移和化学反应之间的区别是掌握沉积技术的关键。

总结表：

特点	PVD（物理气相沉积）	CVD（化学气相沉积）
工艺类型	物理（物态变化）	化学（基于反应）
源材料	固体靶材（例如，纯金属）	反应性前体气体
沉积机制	视线	非视线（在3D形状上均匀）
常见应用	工具硬涂层、光学薄膜、装饰性饰面	半导体层、复杂化合物薄膜（例如，DLC）

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