物理氣相沉積技術（PVD）原理、分類及應用-鵬城半導體技術(深圳)有限公司

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物理氣相沉積技術（PVD）原理、分類及應用

發布時間:

2026-01-13

物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）是一種在真空環境下，透過物理手段將靶材轉化為氣態原子、分子或離子，並使其在基體表面沉積形成薄膜的先進表面工程技術。自20世紀初發展至今，PVD技術因其環保、成本可控、耗材少、膜層緻密均勻、膜基結合力強等優勢，已成為現代增材製造與功能塗層領域的重要技術。 PVD可按需製備具有耐磨、耐腐蝕、導電、絕緣、壓電、磁性等特性的功能薄膜，廣泛應用於機械、電子、建築、醫療等多個行業。

一、概述

物理氣相沉積 （物理氣相沉積， PVD ）是一種在真空環境下，透過物理手段將靶材轉化為氣態原子、分子或離子，並使其在基體表面沉積形成薄膜的先進表面工程技術。自20世紀初發展至今，PVD技術因其 環保、成本可控、耗材少、膜層緻密均勻、膜基結合力強 等優勢，已成為現代增材製造與功能塗層領域的重要技術。

PVD可按需製備具有 耐磨、耐腐蝕、導電、絕緣、壓電、磁性 等特性的功能薄膜，廣泛應用於機械、電子、建築、醫療等多個行業。

二、基本工藝原理

PVD的成膜過程通常包含以下三個核心步驟：

鍍料的氣化 ：透過蒸發、昇華或濺射等方式，使固態靶材轉變為氣態粒子（原子、分子或離子）；
粒子遷移 ：氣化後的粒子在真空環境中遷移，可能經歷碰撞、電離或激發等物理過程；
基體沉積 ：粒子到達基體表面後吸附、形核並逐漸生長為連續薄膜。

整個過程在高真空或中等真空條件下進行，有效避免了氣體雜質干擾，確保膜層純度與性能。

三、主要PVD技術類型及原理

1. 真空蒸發鍍膜（真空蒸發）

原理最簡單，透過加熱使靶材蒸發並在基體上冷凝成膜。根據熱源不同，可分為：

電阻蒸發 ：利用電流通過電阻絲產生焦耳熱加熱靶材；
電子束蒸發（EB 蒸發） ：聚焦高能電子束轟擊靶材（置於水冷坩堝中），局部溫度可達3000 K以上，適用於高熔點材料；
電弧蒸發／激光蒸發 ：分別利用電弧放電或高能激光脈衝實現靶材汽化。

2. 真空濺射鍍膜（濺射沉積）

在真空環境中，利用高能離子（通常為Ar⁺）轟擊靶材表面，使靶原子因動量傳遞而「濺射」出來，並沉積於基體上。

磁控濺射 是主流形式：透過磁場約束電子運動路徑，提高等離子體密度和濺射效率；
濺射過程中伴隨「輝光放電」現象，源於電子與Ar⁺複合時釋放的光子；
入射離子能量影響成膜機制：
- 能量低 → 离子直接沉積（離子束沉積）；
- 能量適中 → 有效濺射靶材原子；
- 能量過高 → 离子注入靶材內部，影響濺射效率。