气相沉积技术有哪些？Pvd 与 Cvd：卓越薄膜涂层的选择

从本质上讲，气相沉积是一系列用于在基材上施加非常薄、高性能涂层的工艺。两种基本技术是物理气相沉积 (PVD)，其中材料被物理汽化并转移到基材上；以及化学气相沉积 (CVD)，其中气体在基材表面反应形成涂层。

选择 PVD 和 CVD 并不是哪个“更好”的问题，而是哪种工艺机制——物理转移与化学反应——最适合您的材料、基材以及所需的涂层特性，如均匀性和耐热性。

了解物理气相沉积 (PVD)

PVD 技术在原子层面本质上是机械的。可以将其想象成将原子从源材料中分离出来，然后它们穿过真空凝结到您的部件上。

在所有 PVD 工艺中，要沉积的材料最初是固态靶材。能量被施加到真空室中的靶材上，导致原子或分子被喷射出来。

这些汽化粒子沿直线运动——即所谓的视线沉积——直到它们撞击基材并形成薄膜。

溅射涉及用高能离子（通常是氩气等惰性气体）轰击靶材。这种轰击就像原子级的喷砂，将原子从靶材上撞击下来。

这些“溅射”的原子然后移动并沉积到基材上。溅射具有高度可控性，可形成致密、附着力强的薄膜，使其成为切削工具和医疗植入物涂层的理想选择。

蒸发利用热量熔化然后沸腾源材料，产生蒸汽。这可以通过用电阻元件加热材料（热蒸发）或使用高能电子束（电子束蒸发）来完成。

蒸汽在真空室中上升并凝结在较冷的基材上。蒸发通常比溅射更快、更简单，常用于光学涂层和电子产品。

CVD 是一种化学过程。它不是物理转移固体材料，而是将特定气体引入腔室，这些气体在加热的表面上反应以形成所需的固体薄膜。

在 CVD 中，一种或多种挥发性气体，称为前体，被引入反应室。当这些气体与加热的基材接触时，会触发化学反应。

这种反应导致固体材料形成并直接沉积在基材表面。其他气态副产品随后被泵出腔室。

CVD 的关键要素是前体气体、驱动反应的能量（通常是热量）和受控环境。由于涂层是由围绕部件的气体形成的，CVD 具有显著优势。

CVD 提供了出色的共形性，这意味着它可以均匀地涂覆高度复杂、非视线表面和复杂的 3D 形状。这对于内部表面和微电子器件至关重要。

选择正确的技术需要了解它们在工艺和结果上的根本差异。

CVD 通常需要高温（通常 >600°C）来激发化学反应。这限制了可使用的基材类型，因为许多材料在不损坏或变形的情况下无法承受如此高的热量。

PVD 是一种低温工艺。它可以在 50°C 至 500°C 的温度下进行，使其适用于更广泛的材料，包括热敏塑料和合金。

作为一种基于气体的工艺，CVD 擅长在复杂几何形状和内部表面上创建高度均匀（共形）的涂层。

PVD 是一种视线工艺。这可能导致在不直接面向源材料的区域涂层较薄，需要复杂的部件旋转才能在 3D 物体上实现均匀性。

PVD 具有极高的多功能性，可用于沉积几乎任何可以制成固体靶材的材料，包括纯金属、合金和许多陶瓷化合物。

CVD 受限于合适前体化学品的可用性。您希望沉积的材料必须存在稳定、挥发性的前体气体，这并非总是可能的。

由于工艺的精确化学性质，CVD 可以生产具有出色晶体结构的极高纯度薄膜。

PVD 薄膜虽然非常致密，但有时会掺入工艺气体中的杂质（如溅射中的氩气）。然而，该工艺可以精确控制薄膜的密度和应力。

您的具体目标决定了正确的沉积技术。重点关注最终产品所需的特性。

最终，选择正确的气相沉积技术是将工艺机制与您的特定材料和性能要求相匹配的问题。