哪种Pvd技术可以沉积具有更好纯度的薄膜？Pld在化学计量准确性方面表现出色

在常见的PVD方法中，脉冲激光沉积（PLD）以其生产具有卓越化学计量纯度的薄膜的能力而闻名。这是因为高能激光脉冲烧蚀靶材，以一种通常能保留复杂多元素材料（如您参考中提到的碳化硼（B4C））确切化学成分的方式将材料转移到基板上。

选择一种PVD技术以实现高纯度，并非在于找到单一的“最佳”方法，而在于理解每种工艺的基本沉积机制。PLD在保持复杂化学计量方面表现出色，而其他方法如溅射在简单材料的可扩展性和控制方面提供了不同的优势。

薄膜中的“纯度”是如何定义的？

在比较技术之前，我们需要从两个不同的方面来定义纯度。两者对薄膜性能都至关重要。

这指的是薄膜的化学正确性。它意味着沉积薄膜中不同元素的比例（例如，B₄C中硼与碳的比例）与源材料中材料的比例完全匹配。

在沉积化合物或合金时，保持化学计量是一个主要的挑战，因为不同元素的物理性质可能存在巨大差异。

这是指薄膜中不存在不需要的异物元素。污染物可能来自几个来源，包括真空室中的残留气体、腔室壁，甚至沉积设备本身。

即使是微量的污染物也会极大地改变薄膜的电子、光学或机械性能。

PLD在纯度方面的声誉直接源于其独特的物理过程。

PLD使用聚焦在真空室内靶材上的高功率激光。强烈而短暂的激光脉冲导致靶材表面快速、爆炸性的蒸发（或“烧蚀”）。

这个过程非常快，倾向于同时将靶材中的所有元素转移到基板上，而不管它们各自的熔点或蒸汽压如何。这被称为一致性转移，是PLD在保持复杂材料化学计量方面表现出色的主要原因。

PLD中的能源——激光——位于真空室外部。这意味着腔室内热灯丝或高压电极比其他PVD技术更少，这些部件可能会释气或成为污染源。

虽然PLD在化学计量方面表现出色，但其他常见的PVD方法也有其自身的优势，常用于实现不同类型材料的高纯度。

在溅射中，来自等离子体（通常是氩气）的离子轰击靶材，将原子从表面撞击下来，然后沉积到基板上。

溅射对单元素或简单化合物的薄膜具有出色的控制能力，可以生产非常致密、高纯度的薄膜。然而，对于复杂靶材，它可能会遭受“优先溅射”，即一个元素比另一个元素更容易被去除，从而改变薄膜的化学计量。

这是最简单的PVD方法之一。将源材料加热到坩埚（“舟”）中，直到其蒸发并凝结在基板上。

这种方法在合金或化合物方面存在困难。蒸汽压较高的元素会首先蒸发，导致薄膜的化学成分在其厚度上发生变化，并与源材料显著不同。来自加热舟的污染也可能是一个问题。

没有一种技术对所有应用都是完美的。选择总是在相互竞争的因素之间进行平衡。

尽管在纯度方面表现出色，但PLD以产生可能落在薄膜上的微小液滴或“颗粒物”而闻名，从而产生缺陷。此外，它很难扩展到覆盖大面积（例如，大的硅晶圆或建筑玻璃），这将其用途主要限制在研究和开发。

溅射是半导体和制造业的工作主力是有原因的。它在很大面积上提供出色的均匀性，高度可靠，并且是一个非常成熟、理解透彻的工艺。对于金属和许多简单化合物，它是工业规模生产高纯度薄膜的明确选择。

热蒸发通常是最简单、最便宜的方法。它在沉积单元素薄膜方面非常有效，在这些薄膜中，完美的密度或最小的污染不是绝对的首要任务，例如创建简单的金属接触点。

您的最终决定必须以您沉积的特定材料和您的主要目标为指导。

最终，实现高纯度是根据您的特定材料和应用选择正确的物理工艺的结果。