物理氣相沉積（PVD）是一種新型薄膜沉積技術(shù)，在真空下以物理方式將靶材（靶材）轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或等離子體，然后沉積在基材表面。目前是主要方法。表面制造技術(shù)之一。

PVD早在20世紀(jì)初就已發(fā)展起來(lái)，并隨著其發(fā)展而具有廣泛的應(yīng)用前景。其工藝更加環(huán)保，成本容易控制，耗材用量少，制備的薄膜比較均勻致密，且膜基結(jié)合力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種增材制造領(lǐng)域。可根據(jù)加工者的需要制備各種性能的樣品，如：耐磨、耐腐蝕、導(dǎo)電、絕緣、壓電、磁性、親水、疏水等。

物理氣相沉積技術(shù)的基本原理可分為三個(gè)工藝步驟：

(1)鍍層材料的汽化：即使鍍層材料蒸發(fā)、升華或?yàn)R射，也是通過(guò)鍍層材料的汽化源；

(2)電鍍材料原子、分子或離子的遷移：氣化源供給的原子、分子或離子碰撞后，發(fā)生各種反應(yīng)；

(3)鍍層原子、分子或離子沉積在基板上。

PVD是一種在目標(biāo)基材表面物理制備目標(biāo)材料的表面處理技術(shù)。這一切都是在真空中進(jìn)行的。PVD技術(shù)主要包括真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空電弧離子鍍膜三大類。

近年來(lái)，薄膜技術(shù)和薄膜材料的發(fā)展迅速而引人注目。在原有的基礎(chǔ)上，離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)、電火花沉積技術(shù)、電子束物理氣相沉積技術(shù)和多層噴射沉積技術(shù)相繼出現(xiàn)。

1、真空蒸發(fā)

真空蒸發(fā)鍍膜的原理比較簡(jiǎn)單，包括電子束蒸發(fā)鍍膜、電阻蒸發(fā)鍍膜、電弧蒸發(fā)鍍膜、激光蒸發(fā)鍍膜等方法。

主要方法是在真空中將靶材加熱成氣體蒸發(fā)或汽化。通常加熱源位于靶材下方，靶基體位于靶材上方。目標(biāo)分子在熱能的作用下會(huì)上升，從而沉積在目標(biāo)基板上，越來(lái)越多的目標(biāo)氣體分子聚集在目標(biāo)基板上，它們會(huì)生長(zhǎng)成致密的薄膜。

不同蒸發(fā)鍍膜方法的區(qū)別僅在于加熱方式的不同。

電阻蒸發(fā)鍍膜利用焦耳定律向電阻器提供熱能。當(dāng)電阻器的溫度變高時(shí)，它會(huì)加熱目標(biāo)材料并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w分子。

電子束蒸發(fā)鍍膜方法略有不同。它利用電子束蒸發(fā)源發(fā)射電子束并將其投射到目標(biāo)表面上。靶材一般放置在坩堝內(nèi)，加熱面積也較小。電子束可以加熱到1000K以上，可以熔化所有常見的材料。

2、真空濺射鍍膜

濺射鍍膜是指在真空條件下用功能粒子轟擊靶材表面，使靶材表面原子獲得足夠能量逸出的過(guò)程，稱為濺射。將濺射靶材沉積到基材表面上的過(guò)程稱為濺射鍍膜。

磁控濺射原理如圖所示，其中M代表金屬顆粒。自由電子被電場(chǎng)加速并飛向陽(yáng)極。在此過(guò)程中，它們與 Ar 原子碰撞，導(dǎo)致它們失去外層電子并釋放 Ar+ 和自由電子。Ar+在電場(chǎng)作用下飛向陰極，擊中目標(biāo)，將目標(biāo)原子擊落。和二次電子。自由電子在飛行過(guò)程中也可能與 Ar+ 碰撞，使其恢復(fù)到中性。然而，在此過(guò)程中，電子從激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)并釋放能量。這部分能量會(huì)以光子的形式釋放出來(lái)，因?yàn)榇罅康墓庾颖会尫牛缘入x子體會(huì)出現(xiàn)“發(fā)光”。

入射離子（Ar+）的能量不同，達(dá)到的效果也不同。當(dāng)入射離子能量較低時(shí)，主要采用入射離子沉積（離子束沉積）方法；當(dāng)能量適中時(shí)，靶原子被濺射；當(dāng)入射離子能量過(guò)高時(shí)，它們會(huì)被注入或擴(kuò)散到目標(biāo)中。

3、電弧離子鍍

電弧離子鍍（AIP）的基本原理是電弧放電。將爐子抽至較低的真空，然后對(duì)電弧針施加一定的強(qiáng)度。電流被吸引到目標(biāo)表面，最后強(qiáng)電流使目標(biāo)表面蒸發(fā)或氣化。目標(biāo)原子獲得動(dòng)能并擴(kuò)散到基底表面，在那里它們被吸附、成核并最終生長(zhǎng)成薄膜。

電弧離子鍍的主要特點(diǎn)是：工作真空度高、氣體雜質(zhì)污染低；沉積速率快，薄膜較厚；沉積粒子電離率高，離子能量高；沉積裝置簡(jiǎn)單，基板溫升小。

基于電弧離子鍍的原理和特點(diǎn)，它也存在一定的缺點(diǎn)：由于電弧離子鍍提供的電流強(qiáng)度高、能量大，容易在金屬靶材表面產(chǎn)生金屬熔滴，金屬熔滴會(huì)直接沉積到基材表面會(huì)降低涂層的性能和膜基的結(jié)合力；由于電弧針必須施加強(qiáng)電流，因此靶材必須采用導(dǎo)電材料制成，選擇性較差。

4、離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)

離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)是集離子注入和薄膜沉積于一體的新型材料表面改性技術(shù)。是指在氣相沉積鍍膜的同時(shí)，利用一定能量的離子束轟擊、混合，從而形成單一物質(zhì)或化合物膜層。

除了保留離子注入的優(yōu)點(diǎn)外，還可以在低轟擊能量下連續(xù)生長(zhǎng)任意厚度的膜層，并可以在室溫或接近室溫（包括室溫和常溫）下合成理想化學(xué)配比的化合物薄膜。無(wú)法通過(guò)壓制獲得的新薄膜層）。

該技術(shù)工藝溫度低（<200°C），對(duì)所有基材的結(jié)合力強(qiáng)。在室溫下可以獲得高溫相、亞穩(wěn)相和非晶態(tài)合金。化學(xué)成分可控，易于控制生長(zhǎng)過(guò)程。主要缺點(diǎn)是離子束是直接的，難以加工形狀復(fù)雜的表面。

5、電火花沉積技術(shù)

電火花沉積技術(shù)是在金屬電極（陽(yáng)極）和金屬基材（陰極）之間，通過(guò)電極材料和基材之間的空氣，瞬間、高頻地釋放電源中儲(chǔ)存的高能電能。電離產(chǎn)生通道，在基材表面產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓的微區(qū)域。同時(shí)，離子電極材料在微電場(chǎng)作用下熔化并滲透到基材基體中，形成冶金結(jié)合。

EDM沉積工藝是介于焊接和濺射或元素滲透之間的工藝。采用電火花沉積技術(shù)加工的金屬沉積層具有較高的硬度和較好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能，且設(shè)備簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。沉積層與基材之間的結(jié)合非常牢固，一般不會(huì)脫落。處理后工件不會(huì)退火、變形。沉積層厚度易于控制，操作方法易于掌握。主要缺點(diǎn)是缺乏理論支持，操作尚未實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。

6、電子束物理氣相沉積技術(shù)

電子束物理氣相沉積技術(shù)是利用高能量密度電子束直接加熱蒸發(fā)材料，使蒸發(fā)材料在較低溫度下沉積在基材表面。

該技術(shù)具有沉積速率高（蒸發(fā)速率10kg/h~15kg/h）、涂層致密、化學(xué)成分易于精確控制、柱狀晶體結(jié)構(gòu)、無(wú)污染、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)的缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，加工成本高。目前，該技術(shù)已成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。

7、多層噴射沉積技術(shù)

與傳統(tǒng)噴射沉積技術(shù)相比，多層噴射沉積的一個(gè)重要特點(diǎn)是接收器系統(tǒng)和坩堝系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可以調(diào)節(jié)，使沉積過(guò)程均勻且軌跡不重復(fù)，從而獲得平坦的沉積表面。

其主要特點(diǎn)是：沉積過(guò)程中的冷卻速率比傳統(tǒng)噴射沉積更高，冷卻效果更好；可制備大尺寸工件而不影響冷卻速度；工藝操作簡(jiǎn)單，易于制備尺寸精度高、表面均勻、平整的工件；高液滴沉積率；材料微觀結(jié)構(gòu)均勻細(xì)密，無(wú)明顯界面反應(yīng)，材料性能良好。

目前，薄膜技術(shù)作為材料制備的新技術(shù)，已從實(shí)驗(yàn)室的探索性研究轉(zhuǎn)向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并正在滲透到各個(gè)行業(yè)。其應(yīng)用范圍和作用正在不斷擴(kuò)大和深化。

這項(xiàng)新技術(shù)不僅涉及物理、化學(xué)、晶體學(xué)、表面科學(xué)、固體物理等基礎(chǔ)學(xué)科，而且與真空、冶金、化工等技術(shù)領(lǐng)域密切相關(guān)。

薄膜技術(shù)作為材料科學(xué)的重要組成部分，受到了廣泛的關(guān)注和研究。為了不斷提高薄膜發(fā)展水平，必須重視薄膜技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究，努力將通用技能和經(jīng)驗(yàn)提升為科學(xué)理論。

在物理氣相沉積中，氣體流量的精確控制對(duì)于薄膜的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。

青島芯笙自研的MFC（氣體質(zhì)量流量控制器）具備低溫漂、耐污染和高性價(jià)比等突出優(yōu)點(diǎn)。采用先進(jìn)的MEMS技術(shù)從而提升了測(cè)量精度、一致性和可靠性。相比傳統(tǒng)的毛細(xì)管流量計(jì)，基于MEMS芯片的MFC具有更高的信噪比、更小的熱容和熱響應(yīng)，并且具備更高的加工精度和可靠性。無(wú)論是在半導(dǎo)體行業(yè)還是其他領(lǐng)域，青島芯笙自研的MFC都能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地控制氣體流量，公司的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，具有出色的抗電磁干擾能力，可在復(fù)雜的電磁環(huán)境下正常工作。