溅射沉积比蒸发沉积慢,主要是由于每种工艺所涉及的机制和能级不同。
溅射沉积过程更为复杂,涉及的粒子能量更高,因此与更简单直接的蒸发沉积过程相比,溅射沉积速度更慢。
溅射沉积速度较慢的 4 个主要原因
1.沉积机制
溅射:这一过程是指高能粒子(通常是离子)的轰击导致原子从固体目标材料中喷射出来。
高能粒子由氩气等气体中的辉光放电产生。
溅射中相互作用的复杂性(通常被比作三维空间中的台球动力学)导致其沉积速度较慢。
该过程更加可控和精确,因此会减慢整体沉积速度。
蒸发:相比之下,蒸发是将源材料加热到沸点,使其汽化,然后凝结在基底上。
这种工艺更简单、更直接,可实现更高的沉积速率。
2.能级
溅射:由于离子轰击,溅射中沉积的物质具有更高的能量(1-100 eV),这可以提高附着力和薄膜质量,但也需要更多的时间让每个原子有效沉积。
蒸发:蒸发的原子具有较低的能量(0.1-0.5 eV),这使得沉积速度更快,因为原子不需要精确定位或具有较高的能量状态就能附着在基底上。
3.沉积速率和控制
溅射:虽然溅射可以达到很高的沉积速率,但与蒸发相比,溅射的速率通常较低,尤其是对于纯金属以外的材料。
此外,溅射无法精确控制薄膜厚度,这会影响整体沉积速率和均匀性。
蒸发:蒸发具有更高的沉积速率(高达 750,000 A min^1),并且由于其简单性和沉积过程的直接性,更适合大批量生产。
4.复杂性和成本
溅射:溅射的设备和设置更为复杂和昂贵,这也是沉积速率较慢的原因,因为该过程需要更精确的控制和变量管理。
蒸发:蒸发系统通常不那么复杂,成本效益更高,因此沉积过程更快、更直接。
总之,溅射沉积速率较慢的原因在于其涉及高能粒子的复杂机制,虽然能提高薄膜质量和均匀性,但与更简单直接的蒸发工艺相比,溅射工艺本质上会减慢沉积速率。
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