PVD原理、样品制备与二级直流离子溅射技术全解

物理气相沉积（PVD）的原理与应用场景

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）是一类在高真空环境下通过物理方式将材料转化为气相并沉积薄膜的技术，也称为真空镀膜。其原理通常包括蒸发和溅射两大机制：蒸发法利用高温或高能束将靶材蒸发为原子/分子；而溅射法则依靠等离子体中高能离子轰击靶材表面，使靶材原子被击出并沉积到基片上。由于PVD全程为物理过程，相比化学气相沉积（CVD），几乎任何材料（金属、半导体、绝缘体等）的薄膜都可采用PVD制备。尽管PVD过程对工艺控制要求高，但它能确保薄膜质量的高精度控制，广泛应用于各类高技术领域。

PVD技术在科研和工业中有着广泛应用。在电子与半导体领域，PVD用于沉积集成电路互连金属、磁存储介质以及晶体管薄膜等。例如硬盘磁盘的磁性膜层和芯片制造中的金属互连普遍采用溅射沉积。在光学领域，许多光学薄膜如抗反射镀层、增透膜和反射镜镀层都是通过PVD（尤其是溅射）制备，以获得高精度和高均匀性的膜厚控制。除此之外，材料科学与工程中，PVD是制备新型薄膜材料的重要手段，研究人员利用PVD在基片上沉积功能薄膜，以研究其力学、电学、磁学等性质。PVD还广泛用于表面工程（如切削刀具和模具的耐磨涂层）以及高档装饰（如手表外壳的耐磨黄金膜）等场景，以显著提高表面性能和美观度。

样品制备流程的基本步骤和重要性

进行高质量镀膜离不开严格的样品制备流程。首先，基片表面必须充分清洁和干燥，以避免油污、水汽等污染源影响薄膜附着和纯度。对于科研样品，常用的步骤包括溶剂清洗、等离子体清洗等，以确保表面洁净无杂质。必要时，可在镀膜前进行预溅射清洗：即让基片暂作阴极，在等离子体中进行辉光放电清洗，以去除表面氧化层或吸附物。这些前处理步骤对于提升膜附着力至关重要。

接下来，将基片固定在镀膜仪样品台后，需要对真空腔体抽真空至所需的基础压力。一旦达到工作真空，向腔体引入溅射气体（通常为高纯氩气）并维持适当压力。以SD-900镀膜仪为例，其配备高效旋转泵，可在2分钟内将腔体抽至工作真空（~2 Pa），大幅减少了等待时间和基片表面吸附的残余气体。较快的抽真空和洁净环境能够降低薄膜在生长初期的氧化和污染风险。

在达到工艺压力后，启动镀膜仪的溅射电源，等离子体被激发产生。此时需要精确控制溅射参数