高能脈沖 PVD 的基本物理原理是什么？

PVD是在高溫下將靶材蒸發(fā)后沉積到工件表面形成鍍膜的技術(shù)。高能脈沖PVD是PVD技術(shù)的一種改進(jìn)形式，它的基本物理原理如下：

一、蒸發(fā)與離化過(guò)程

在高能脈沖PVD系統(tǒng)中，首先是蒸發(fā)源材料（即靶材）的蒸發(fā)。通過(guò)高能量脈沖電源，使靶材局部瞬間獲得較高的能量。當(dāng)能量達(dá)到一定程度時(shí)，靶材原子獲得足夠的動(dòng)能克服原子間的結(jié)合能而逸出靶材表面，形成蒸發(fā)原子。

同時(shí)，這些蒸發(fā)原子在高能量的脈沖電場(chǎng)或等離子體環(huán)境中，部分原子會(huì)進(jìn)一步被電離。這是因?yàn)楦吣苊}沖能夠提供足夠的能量使原子的外層電子脫離原子核的束縛，產(chǎn)生離子。例如，在采用等離子體輔助的高能脈沖PVD過(guò)程中，等離子體中的電子與蒸發(fā)原子碰撞，將能量傳遞給原子，促使原子電離。

二、輸運(yùn)過(guò)程

離化后的粒子（包括離子和中性原子）在電場(chǎng)、磁場(chǎng)或壓力差等驅(qū)動(dòng)力的作用下向工件表面輸運(yùn)。在高能脈沖PVD中，脈沖電場(chǎng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。脈沖電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力會(huì)加速離子向工件運(yùn)動(dòng)，使離子具有較高的能量。而且脈沖電場(chǎng)可以改變離子的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其能夠更均勻地沉積在工件的復(fù)雜形狀表面。

三、沉積過(guò)程

當(dāng)離子和中性原子到達(dá)工件表面時(shí)，就會(huì)發(fā)生沉積。離子由于帶有電荷，在工件表面會(huì)與表面原子發(fā)生電荷交換和能量傳遞等過(guò)程。它們會(huì)在工件表面逐漸堆積形成鍍膜。中性原子則主要依靠物理吸附和擴(kuò)散等過(guò)程附著在工件表面，并且隨著后續(xù)原子的不斷沉積而逐漸形成連續(xù)的薄膜。這個(gè)沉積過(guò)程與工件表面的溫度、表面狀態(tài)等因素也密切相關(guān)。例如，較高的工件表面溫度有助于原子的擴(kuò)散，使薄膜更加致密和平整。