选择困难症终结！蒸发VS溅射，一文看懂蒸发镀膜和溅射镀膜区别
(第一部分 - 蒸发镀膜技术深度剖析)
1.1 蒸发镀膜的核心机制方面：一场由热力来加以驱动的相变之旅程
蒸发镀膜这种工艺，从字面意思上来理解的话，它核心的机制就在于通过借助热能这种方式，来让源材料（我们一般把它称作为“蒸发料”）去发生相方面的转变，具体来讲，就是从固态或者液态直接被转化成为气态的原子或分子这样一种状态。这些呈现出气相状态的粒子在真空环境当中，由于其平均自由程要远远大于腔体本身的尺寸这样一个因素，它们会近似地以直线的方式来进行飞行运动，并最终在目标基片所处的表面上去凝结起来，进而形成我们所需要的薄膜。
加热方式所呈现出来的多样性特点：
电阻加热蒸发： 这种方法是把蒸发料给放置到由高熔点金属（就拿钨、钼、钽这些材料来说吧）所制作完成的蒸发舟或者螺旋状的灯丝里面，通过借助大电流来对蒸发舟或是灯丝进行加热的动作，让它的温度得以升高起来，进而就能把热量传递给蒸发料，来让蒸发料能够熔化并且蒸发掉。这种方式所对应的设备往往会相对简单一些，成本方面也比较低，比较适合拿来处理像是铝呀、银呀、金呀这类熔点比较低、同时蒸气压又比较高的金属材料。然而需要注意的是，它在温度控制精度方面的表现相对而言是比较有限的，而且蒸发舟或者灯丝本身也可能会成为一个污染的来源。
电子束加热蒸发： 它是通过借助高能量的电子束，在电场以及磁场共同提供的精确引导作用之下，直接去轰击那些被放置在带有水冷装置的铜坩埚里面的蒸发料。电子束所携带的能量会在蒸发料的表面之上瞬间被转化成为巨大的热量，从而让其局部区域能够迅速地熔化并且蒸发掉。这种加热方式所展现出来的加热效率是比较高的，可以拿来蒸发一些高熔点的材料（就拿钛、铬、各类氧化物，甚至是一些难熔的金属材料来说吧），并且由于水冷铜坩埚这样一个部件的存在，来自坩埚材料对薄膜所造成的污染程度是极小的。它能够去实现比较高的沉积速率以及比较好的膜层纯度方面的特性。
感应加热蒸发： 它是通过借助高频感应电流的方式，在具有导电性的坩埚里面或者直接在具有导电性的蒸发料当中去产生涡流，如此一来便实现了加热蒸发的目的。这种方式在加热均匀性方面的表现不错，但是其设备构成往往会相对复杂一些。
激光加热蒸发： 它是通过借助高功率的激光束来对蒸发料进行照射的动作，从而让它得以气化。这种方式常常会被拿来用在脉冲激光沉积（PLD）这种技术上面，虽然它也属于PVD这个范畴之内，但是它在机制原理以及应用场景这些方面与传统的蒸发工艺还是存在一些区别的，它会更加侧重于对那些复杂成分材料去进行保形沉积的操作。
1.2 蒸发镀膜所具备的特性与存在的局限：在速度与“温柔”处理之间所做的一种权衡考量
优势方面的情况概览：
拥有较高的沉积速率表现： 特别是针对某些特定的金属材料（就拿铝这种材料来说吧），蒸发镀膜这种工艺是可以去实现非常高的沉积速率的，这一点非常有利于进行大批量、低成本的生产活动。
设备构成相对简单一些（特指电阻蒸发）： 电阻蒸发方式所用到的设备在结构上往往会相对简单，如此一来便使得投资方面的成本以及维护方面的成本都比较低。
对基片造成的损伤比较小： 在蒸发的过程当中，那些到达基片表面的粒子所携带的能量是比较低的（常常会在0.1到0.5电子伏特这个范围之内），如此一来，对基片表面所造成的辐射损伤以及热损伤方面的程度就比较小，这就使得它比较适合拿来处理那些对温度比较敏感的基片材料。
能够获得高纯度的薄膜（特指电子束蒸发）： 电子束蒸发这种方式可以有效地去避免来自坩埚材料所带来的污染问题，从而让我们能够获得高纯度特性的薄膜。
一些不容我们去忽视的局限之处：
薄膜所展现出来的附着力相对比较弱： 由于蒸发出来的粒子能量比较低的缘故，它们与基片之间的结合力主要是通过依靠物理吸附作用或者是一些比较弱的化学键合来维系的，这就导致了膜层与基体之间的结合强度往往不如通过溅射工艺所制备的薄膜来得好。
薄膜的致密度方面的表现比较低： 低能量的粒子在基片表面上进行迁移的能力是比较有限的，如此一来所形成的薄膜常常会呈现出比较疏松的状态，有可能会存在比较多的孔隙以及柱状晶体这样的结构。
阶梯覆盖性的表现比较差： 蒸发出来的粒子近似于是沿着直线方向去飞行的，所以要是面对那些具有复杂形貌特征或者拥有深孔结构的基片，就比较难以在其侧壁以及底部这些位置去形成厚度均匀的薄膜，其阴影效应呈现得会比较明显。
对于合金以及化合物薄膜在成分控制方面的难度比较大： 要是处理多元的合金材料或者化合物材料，不同组分元素之间在饱和蒸气压方面的差异往往会导致它们各自的蒸发速率不尽相同，如此一来便使得最终形成的薄膜成分会偏离原始材料所具有的化学计量比。虽然说可以通过借助像是多源共蒸呀，或者是闪蒸之类的技术手段来加以改善，但是控制起来的难度还是比较大的。
能够被拿来蒸发的材料种类受到一定的限制： 像是那些难熔的金属材料，以及一些其分解温度要低于其蒸发所需温度的化合物，都是比较难以通过借助传统的蒸发方式来有效地进行沉积操作的。
2.1 溅射镀膜的核心机制方面：一种通过动量传递来实现的“台球效应”过程
溅射镀膜的整个过程则显得要更为“剧烈”一些，并且在可控性方面也表现得更好。它首先是要在真空腔体当中去引入惰性气体（常常会拿氩气Ar来使用），并且通过借助施加高电压的方式，在作为阴极的靶材和作为阳极的部件之间去产生辉光放电现象，进而形成等离子体这样的物质状态。在等离子体当中存在的Ar离子会在电场的加速作用之下，以高速去轰击那些作为阴极的靶材的表面。这种高能量离子的撞击动作，就好像是在微观尺度下面发生的“台球撞击”一样，会把靶材表面上的原子或者分子以比较高的动能给“溅射”出来。这些被溅射出来的粒子随后就会在基片的表面之上沉积下来，从而形成我们所需要的薄膜。
溅射方式所经历的演进过程：
直流溅射 ： 这是出现最早的一种溅射方式，它比较适用于那些具有导电特性的金属靶材。其结构构成是比较简单的，但是放电过程不够稳定，沉积速率方面的表现也比较低，而且靶材的表面还容易去发生所谓的“中毒”现象（尤其是在进行反应溅射操作的时候）。
射频溅射： 它是通过借助施加射频电源（其频率常常为13.56MHz）的方式，来把直流溅射工艺无法对绝缘靶材进行溅射操作的这个问题给解决掉。射频电场能够让电子在等离子体当中高效地进行振荡运动，从而维持放电的持续进行，这样就可以拿来溅射像是氧化物呀、氮化物呀这类介质材料了。但是，它所能达到的沉积速率依旧不是很高，并且设备方面的成本也相应地有所增加。
磁控溅射： 这可以说是目前被拿来应用得最为广泛的一种溅射技术了。它在作为阴极的靶材的后方位置，巧妙地去布置了永磁体或者是电磁体这样的部件，从而形成了一个与电场方向相垂直的磁场。这个正交的电磁场能够把二次电子给束缚在靶材表面附近的区域进行螺旋运动，如此一来便大大地增加了电子与Ar气体发生碰撞并产生电离的几率，进而提高了等离子体的密度以及离子流的密度。
所带来的结果就是：
能够显著地去提高沉积的速率 (要比普通的二极溅射方式高出一个数量级以上)。
能够去降低工作时所需要的气压 (等离子体因此更容易被维持下去)。
能够去减少基片温度的升高幅度 (电子去轰击基片的几率因此而降低了)。
反应溅射： 在进行溅射的过程当中，除了会通入惰性气体之外，还会同时通入少量的反应气体（就拿O₂、N₂、CH₄这些气体来说吧）。那些被溅射出来的靶材原子，在它们飞向基片的这个过程当中，或者是在到达基片表面之后，会与这些反应气体去发生化学方面的反应，进而形成化合物薄膜，像是TiO₂、TiN、ITO (Indium Tin Oxide) 等等这些都是。这可以说是制备功能性化合物薄膜方面的一项关键技术。
高功率脉冲磁控溅射： 这是一种比较先进的磁控溅射技术，它所采用的是一种具有高峰值功率、同时占空比又比较低的脉冲电源。极高的瞬时功率密度能够去产生出具有极高电离率的等离子体，如此一来便使得大量的沉积粒子能够以离子的形式来到达基片，从而让我们能够获得具有超高致密度、极佳附着力以及优异表面平整度这些特性的薄膜。
2.2 溅射镀膜所具备的特性与优势之处：由能量所赋予的卓越品质呈现
优势方面的情况概览：
拥有卓越的薄膜附着力表现： 溅射出来的粒子所携带的能量是比较高的（常常会在几个电子伏特到几十个电子伏特这个范围之内），它们能够深入到基片表面的浅层区域，去形成牢固的物理键合或者是化学键合，如此一来，其膜层与基体之间的结合力要远远优于通过蒸发工艺所制备的薄膜。
能够获得高致密度的薄膜： 高能量的粒子在基片的表面之上具有更强的进行迁移和重新排列的动作能力，这就有利于去形成结构致密、同时缺陷又比较少的薄膜结构。
具有优异的阶梯覆盖性方面的特性： 尽管说溅射出来的粒子也主要是沿着直线方向去进行运动的，但是等离子体当中存在的气体散射效应以及粒子本身所具有的较高能量，使得它在阶梯覆盖性方面的表现要优于蒸发镀膜工艺，特别是在配合上基片的旋转动作和施加偏压这些措施的时候。
拥有广泛的材料适应性： 几乎所有的金属材料、合金材料、半导体材料、绝缘体材料以及各种化合物，都可以通过借助溅射这种方式来把它们制备成为薄膜。
对于合金及化合物薄膜的成分控制可以做到比较精确： 溅射这个过程是基于动量传递原理的，不同元素之间在溅射产额方面的差异，要远远小于它们在蒸气压方面的差异，因此，通过溅射工艺所得到的薄膜，其成分能够比较好地去复现靶材本身的成分，这一点尤其适合拿来处理那些多元的复杂材料。
工艺方面的重复性表现良好： 像是功率呀、气压呀、流量呀这些溅射工艺的参数，相对来说是比较容易去进行精确控制的，这就保证了工艺过程所具有的稳定性以及薄膜性能所呈现出来的重复性。
一些需要我们去加以考量的方面：
沉积速率方面的表现相对较低一些（特指传统的磁控溅射）： 要是相对于某些具有较高蒸气压的金属材料通过蒸发镀膜工艺所能达到的速率而言，传统磁控溅射的速率可能会显得偏低一些，尽管像是HiPIMS这类技术已经在这方面有所改善。
设备构成相对复杂，并且成本方面也比较高： 一套磁控溅射系统往往会包含有真空系统、电源系统、冷却系统、气体控制系统等多个复杂的子系统部分，如此一来，其初始的投资成本以及后续的维护成本都会比较高。
基片有可能会受到一定程度的热辐射影响和粒子轰击作用： 等离子体以及那些高能量的粒子，有可能会对一些比较敏感的基片去造成一定程度的损伤或者是使其温度升高，这就需要我们通过借助优化工艺参数的手段，或者是采用一些特殊的冷却措施来把这些影响给缓解下去。
存在靶材利用率方面的问题： 对于传统的平面磁控溅射方式来说，靶材的表面会存在一个所谓的“跑道”区域，这就导致了靶材的利用率不是很高（常常会在30%到40%这个范围之内），不过像是旋转磁控靶这类技术已经可以显著地去改善这个方面的问题了。
(第三部分 - 案例透视：不同应用场景下的选择智慧)
场景一的呈现：光学薄膜领域 – 也就是那些精密的多层膜结构（就拿AR减反膜呀，或者是滤光片之类的东西来说吧）
面临的痛点与需求方面的特性： 对于膜层的厚度、折射率所表现出来的均匀性、界面所呈现出来的平整度、以及在环境稳定性（比如耐温湿特性、耐摩擦特性这些）方面的要求都是极高的。多层膜的结构本身比较复杂，层与层之间的结合力好坏就显得至关重要了。
技术原理方面的匹配情况：
溅射镀膜工艺 (尤其是指磁控溅射这种方式)： 它能够去提供精确的厚度控制效果、优异的膜层致密度表现以及均匀性方面的特性。溅射出来的粒子能量比较高，这就能够确保层与层之间可以很好地结合起来，并且让薄膜在环境稳定性方面的表现更为出色。通过借助反应溅射的方式，还可以精确地去制备出具有特定折射率的氧化物、氮化物等这类介质材料层。
蒸发镀膜工艺 (特指电子束蒸发再加上离子辅助这种组合)： 要是针对某些特定的材料以及那些层数比较少的简单膜系结构，通过把电子束蒸发与离子源辅助（IAD）这两种手段结合起来使用，是可以去改善膜层在致密度和附着力方面的表现的，但是要是面对那些结构复杂的高端光学薄膜，它在稳定性和重复性方面所面临的挑战就会比较大。
验证情况与行业内的实践做法： 像是一些高端的光学滤光片，以及精密仪器上面所用到的光学元件，都普遍地去采用了磁控溅射这项技术。
得出的结论： 对于这类应用场景来说，磁控溅射常常会被当作是首选的方案，原因就在于它能够更好地去保障光学性能所需要的稳定性以及耐久性方面的特性。
场景二的呈现：工具与模具所需要的硬质涂层 (就拿TiN、AlCrN这类耐磨层来说吧)
面临的痛点与需求方面的特性： 需要达到极高的硬度指标、优异的耐磨性能、良好的抗氧化性能，并且还要能够与基体材料实现牢固的结合效果。涂层本身需要去承受在像是切削呀、冲压呀这些加工过程当中所产生的巨大机械应力以及热冲击作用。
技术原理方面的匹配情况：
溅射镀膜工艺 (特指磁控溅射，尤其是像是多弧离子镀或者HiPIMS这类技术)： 高能量的溅射粒子和（或者）高电离率的等离子体能够去形成那种极其致密、具有很高内聚强度、并且能够与基体实现原子级别嵌合的涂层，其附着力表现是极强的。通过借助反应溅射的方式，可以精确地去控制像是氮化物、碳化物这类硬质相的生成过程。
蒸发镀膜工艺： 这种工艺比较难以去满足这类应用场景对于附着力和致密度方面所提出的那些苛刻要求。
验证情况与行业内的实践做法： 像是刀具、钻头、以及各类模具的表面硬化处理工艺，都广泛地去采用了磁控溅射技术或者是其衍生出来的相关技术。
得出的结论： 溅射镀膜这种工艺是在这个领域当中无可争议的一项主流技术，它能够显著地去提升工模具产品的使用寿命。
场景三的呈现：半导体制造领域 – 涉及到金属互连结构以及扩散阻挡层的制备
面临的痛点与需求方面的特性： 要求达到极高的膜层纯度指标、优异的阶梯覆盖性表现（也就是要能够很好地去填充那些深宽比较大的通孔和沟槽结构）、良好的电学性能参数、以及可靠的扩散阻挡方面的能力。
技术原理方面的匹配情况：
溅射镀膜工艺 (特指磁控溅射，同时也包括像是准直溅射、长程溅射等这类特殊的技术手段)： 它能够有效地去沉积像是Al、Cu、Ti、Ta、W这类金属材料以及它们相应的氮化物（就拿TiN、TaN这些被拿来用作阻挡层的材料来说吧）。通过借助优化靶材与基片之间的几何构型、去增加靶材的功率输出，或者是采用一些特殊的磁场设计方案，是可以去改善阶梯覆盖性方面的表现的。使用高纯度的靶材并且配合上洁净的工艺流程，则能够保证薄膜所具有的纯度。
蒸发镀膜工艺： 这种工艺在阶梯覆盖性以及合金成分控制这些方面存在着一些天然的劣势，比较难以去满足现代集成电路制造工艺所提出的那些精密要求。
验证情况与行业内的实践做法： 大规模集成电路当中的金属化工艺环节，主要是通过依赖溅射技术来完成的。
得出的结论： 溅射镀膜这种工艺凭借着它自身所具备的综合优势，在半导体制造这个领域当中是占据着一个核心的地位的。
场景四的呈现：大面积低成本的金属化处理 – 像是装饰用的薄膜呀，或者是包装用的铝膜之类的
面临的痛点与需求方面的特性： 要求达到极高的生产效率、实现极低的单位面积成本，而对于膜层本身的性能（就拿附着力、致密度这些指标来说吧）要求相对而言不是很高，主要去关注的是外观呈现出来的效果以及一些基本的功能实现。
技术原理方面的匹配情况：
蒸发镀膜工艺 (特指电阻加热方式或者电子束蒸发方式，常常会采用卷绕式的连续镀膜生产模式)： 它的沉积速率是比较快的，所用到的设备（特别是电阻蒸发设备）也相对简单一些，这就使得它比较适合拿来进行大规模、低成本的生产活动。就拿食品包装袋内层上面那一层铝膜来说吧，它就是通过借助蒸发这种工艺来快速制备完成的。
溅射镀膜工艺： 虽然说它也能够去实现卷绕式的镀膜操作，但是它在速率和成本这两个方面，常常不具备能够与蒸发工艺去进行竞争的优势，除非是说对膜层本身有一些特殊性能方面的要求。
验证情况与行业内的实践做法： 在像是塑料薄膜的镀铝处理呀，汽车灯具上面用到的反射层呀这些领域当中，蒸发镀膜这种工艺依旧有着比较广泛的应用。
得出的结论： 要是在那些成本和效率被优先考虑、同时性能要求又不是特别高的应用场景当中，蒸发镀膜这种工艺就能够展现出它在经济性方面的优势了。
(第四部分 - 抉择之路：如何为您的应用匹配最佳镀膜方案)
一些关键的考量因素方面的清单罗列：
目标薄膜材料所具备的特性：
蒸发工艺： 它比较适合拿来处理那些熔点相对比较低、同时蒸气压又比较高的金属材料以及一部分结构简单的化合物。需要我们去加以注意的是，要是多元材料，其各个组分之间在蒸气压方面的差异问题。
溅射工艺： 它几乎可以说是不受到材料种类的限制，无论是那些高熔点的金属、各种合金、还是成分复杂的化合物、亦或是绝缘的介质材料，都能够通过它来有效地进行沉积操作。
期望达成的膜层性能方面的指标：
附着力与致密度这两个指标： 要是对这两个方面有比较高的要求（就拿硬质涂层呀，或者是光学精密薄膜这些应用来说吧），那么溅射工艺会是一个更优的选择方案。
纯度这个指标： 通过电子束蒸发方式和采用高纯度靶材的溅射方式，都是可以去获得高纯度薄膜的，但是需要我们去加以注意的是，可能会有来自蒸发源的污染问题（特指电阻蒸发方式），或者是腔室内部存在的记忆效应问题。
阶梯覆盖性这个指标： 溅射工艺的表现常常会优于蒸发工艺，尤其是在处理那些具有复杂形貌特征的基片的时候。
像是光学、电学、磁学等这类特殊性能方面的要求： 溅射工艺在成分控制以及结构调控这些方面更具有优势一些，如此一来便能够更好地去实现我们所期望的目标功能。
基片本身的材料特性以及几何形状方面的因素：
温度敏感性这个因素： 在蒸发过程当中，基片的温度升高幅度常常会比较低，但是溅射工艺也可以通过借助像是脉冲方式、优化磁场设计、对基片进行冷却等这类手段来对温升情况加以控制。
基片的尺寸大小与形状特征： 要是大面积的平面基片，那么两种工艺都是可以拿来使用的，但是要是面对那些复杂的三维结构或者是一些比较深的孔洞，溅射工艺所具备的绕射能力会更强一些。
工艺本身的复杂程度以及成本预算方面的考量：
设备投资方面的成本： 电阻蒸发设备可以说是最为经济实惠的，其次是电子束蒸发设备，而磁控溅射设备（尤其是那些高端配置的，就拿HiPIMS设备来说吧）的投资成本则会比较高。
运行过程当中产生的成本： 这里面包括了像是靶材或者蒸发料的成本、电费的支出、气体的消耗量、以及维护方面的费用等等。靶材的利用率高低（针对溅射工艺而言）以及蒸发料的有效蒸发量多少，也都是需要我们去进行重要考量的因素。
生产效率方面的情况 (也就是沉积速率)： 蒸发工艺在处理某些特定材料的时候，其速率可以达到极高的水平，而溅射工艺的速率则相对比较稳定，但是也可以通过借助像是采用多个靶材、或者使用大面积靶材这类方式来加以提升。
工艺的稳定性以及重复性方面的表现： 溅射工艺所涉及的参数相对来说更容易去进行精确的控制，因此其重复性表现常常会优于蒸发工艺。
关于决策流程方面的一些建议：
首先要去明确核心的需求是什么： 我们首先需要去确定下来，在具体的应用当中，最为关键的一到两个性能指标究竟是什么？是附着力方面的表现、致密度方面的情况，还是说成本方面的考量、亦或是速率方面的要求？
接下来要进行材料匹配性方面的评估： 我们将要拿来沉积的材料，它是否适合于我们所选择的这种工艺呢？（就拿一个例子来说吧，要是想用电阻蒸发的方式去沉积钨这种材料，那显然是不太现实的）
然后是性能与成本之间的权衡考量： 溅射工艺的确能够带来性能方面的提升，但是与此同时，成本方面也可能会有所增加。我们需要去评估一下，这种性能提升所带来的价值，是否能够把成本增加这部分给覆盖掉。
再有就是进行小规模试验与中等规模试验的验证工作： 要是条件方面允许的话，我们可以有针对性地去进行一些小批量的工艺试验，这可以说是验证我们所做选择是否正确的一个最佳途径了。
最后是去咨询专业人士的意见： 我们可以去和那些经验比较丰富的镀膜设备制造商、材料供应商，或者是专业的镀膜服务提供商进行深入的交流和沟通，他们常常能够为我们提供一些非常宝贵的实践经验以及具有针对性的定制化建议。
(结论)
蒸发镀膜与溅射镀膜这两种工艺，作为PVD这个大家族里面的两大支柱性技术，它们各自都承载着自身所独有的工艺魅力以及实际的应用价值。它们之间并非是一种可以相互替代的关系，更多的时候是作为一种互为补充的存在。我们要是能够去理解它们在像是粒子产生的机制、能量传递的方式、以及薄膜生长的动力学这些方面所存在的根本性差异，这可以说是我们去做出正确工艺选择的一个重要前提条件。在那些追求极致性能表现、需要实现复杂功能、并且对可靠性要求极高的前沿应用领域当中，溅射技术（尤其是磁控溅射技术以及由它衍生出来的其他相关技术）凭借着其所能提供的卓越膜层质量以及工艺过程的高度可控性，正在展现出越来越强的市场竞争力。然而，在另外一些对成本和效率表现得极度敏感、同时对性能要求又相对比较宽松的特定领域里面，蒸发镀膜这种工艺依然还是保有着它自身的一席之地的。
最终来看的话，并不存在那种一劳永逸的所谓“最佳工艺”，我们能够找到的只有“最适合于特定应用的工艺”这样的一个说法。通过我们对材料特性、性能指标、成本因素以及工艺细节这些方面去进行全面的考量，并且结合上实际的验证过程，才能够为您的产品去披上那件最为合适的“功能外衣”，从而让它能够在激烈的市场竞争当中得以脱颖而出，进而去实现良率提升与价值增长这两方面的双重目标。展望未来，伴随着各种新材料、新结构、以及新功能的不断涌现出来，蒸发与溅射这两种技术本身也将会去持续地进行创新和融合的动作，从而为薄膜科学与工程这个领域去开辟出更为广阔的发展天地。
