物理气相沉积

物理气相沉积 (PVD)，有时称为物理气相传输 (PVT)，描述了多种真空沉积方法，可用于在金属、陶瓷、玻璃和聚合物等基材上生产薄膜和涂层。物理气相沉积的特点是材料从凝聚相转变为气相，然后又回到薄膜凝聚相的过程。最常见的物理气相沉积工艺是溅射和蒸发。

物理气相沉积用于制造需要薄膜以实现光学、机械、电气、声学或化学功能的物品。例如薄膜太阳能电池等半导体器件、薄膜体声波谐振器等微机电器件、用于食品包装和气球的镀铝 PET 薄膜以及用于金属加工的氮化钛涂层切削工具。除了用于制造的物理气相沉积工具外，还开发了主要用于科学目的的特殊小型工具。

源材料也不可避免地沉积在真空室内部的大多数其他表面上，包括用于固定零件的夹具。

• 阴极电弧沉积：在目标（源）材料上放电的高功率电弧将一些电离成高度电离的蒸汽，然后沉积到工件上。
• 电子束物理气相沉积：要沉积的材料在高真空中通过电子轰击被加热到高蒸气压，并通过扩散传输，通过冷凝沉积在（较冷的）工件上。
• 蒸发沉积：在高真空中通过电阻加热将要沉积的材料加热到高蒸气压。
• 近空间升华，将材料和基板彼此靠近放置并进行辐射加热。
• 脉冲激光沉积：高功率激光将目标材料烧蚀成蒸汽。
• 热激光外延：连续波激光蒸发单个、独立的元素源，然后凝结在基板上。
• 溅射沉积：辉光等离子体放电（通常由磁铁定位在目标周围）轰击材料，溅射出一些蒸汽以供后续沉积。
• 脉冲电子沉积：高能脉冲电子束从目标上烧蚀材料，在非平衡条件下产生等离子体流。
• 升华夹层法：用于生长人造晶体（碳化硅，SiC）。

各种薄膜表征技术可用于测量 PVD 涂层的物理特性，例如：

• Calo 测试仪：涂层厚度测试
• 纳米压痕：薄膜涂层的硬度测试
• Pin-on-disc 测试仪：磨损和摩擦系数测试
• 划痕测试仪：涂层附着力测试
• X 射线显微分析仪：研究生长表面的结构特征和元素组成的异质性

• 物理气相沉积 (PVD)涂层有时比电镀工艺涂层更硬、更耐腐蚀。 大多数涂料都具有耐高温和良好的冲击强度、出色的耐磨性，并且非常耐用，因此很少需要保护面漆。
• 物理气相沉积 (PVD)涂层能够在同样多样化的基底和表面上使用几乎任何类型的无机和一些有机涂层材料，并使用各种各样的表面处理。
• 物理气相沉积 (PVD)工艺通常比电镀和喷漆等传统涂层工艺更环保。
• 可以使用不止一种技术来沉积给定的薄膜。

• 特定技术可以施加限制；例如，视线转移是大多数物理气相沉积涂层技术的典型特征，但是，某些方法允许完全覆盖复杂的几何形状。
• 一些物理气相沉积技术在高温和真空条件下运行，需要操作人员特别注意，有时还需要冷却水系统来散发大量热负荷。

物理气相沉积可用作制造用于有机半导体的低分子量各向异性玻璃的应用。允许形成这种类型的玻璃所需的参数是玻璃自由表面的分子流动性和各向异性结构。

聚合物的配置很重要，因为它需要在添加的分子通过沉积掩埋材料之前处于较低的能量状态。这种向结构中添加分子的过程开始平衡并获得质量和体积，从而具有更高的动力学稳定性。