、化学气相沉积的定义、工艺流程、优缺点以及应用，系统性地介绍了这三种薄膜沉积薄膜沉积是一种通过物理、化学或物理化学方法，将特定材料以原子、分子或离子级别的形式，在基底表面形成厚度从纳米级到微米级薄膜的工艺技术。

，广泛应用于半导体在众多薄膜沉积技术中，物理气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）和原子层沉积Atomic Layer Deposition, ALDDOI: 10.1016/j.snb.2020.129403

二、物理气相沉积

物理气相沉积是在真空或低气压环境下，通过蒸发、溅射、离子化等物理过程使靶材原子或分子脱离母体，经气相传输后在基底表面凝聚、成核并生长为薄膜的技术。1. 搭建真空系统，将沉积腔抽至高真空，减少气体分子干扰以避免薄膜缺陷。随后对靶材与基底进行预处理，提升薄膜附着力。

3. 通过退火、等离子体处理等后工序优化薄膜的结构与性能。

PVD优点：首先，真空环境能够保障薄膜的高纯度，成分与靶材一致性强。其次，PVD多数工艺的基底温度控制在℃，适配塑料、半导体等耐热性差的基底。

DOI: 10.1039/D0NR06022D

0.1~10DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.111111

应用场景

PVD在防护场景中，刀具、模具表面沉积的、TiAlN涂层，硬度可达2000~3000HV，不仅能抵御切削、冲压过程中的磨损，还能降低工件与刀具的摩擦系数，减少黏连、延长工具的使用寿命。

在半导体芯片中，通过沉积、Cu薄膜可以形成金属布线，这类薄膜具备低电阻率与高附着性，以保障芯片内部的信号传输效率。

CoCrPtDOI: 10.1109/JMEMS.2020.3026533

航天器表面的PVD防护膜则兼具耐高温与低辐射特性，可减少太空环境中冷热循环、高能粒子辐照对舱体材料的损耗，提升装备的服役可靠性。

化学气相沉积是在一定温度和气压条件下，将含有薄膜元素的气态前驱体通入沉积腔室，前驱体在基底表面或气相中发生分解、化合、还原等化学反应，生成固态薄膜并沉积在基底表面的技术。

1. 进行前驱体与基底的预处理，接下来进行反应体系调控，将基底放入沉积腔室后加热至对应反应温度，同时通入前驱体气体，之后发生化学反应与沉积。

2. 借助真空泵及时排出这些副产物，避免其残留导致薄膜出现缺陷。

DOI: 10.1038/s43586-020-00012-z

优势与局限

CVD工艺沉积速率也较高，多数CVD工艺的沉积速率可达1~100 μm/h，适合制备厚度大于10 μm的厚膜。而且，其制备的薄膜致密性较强，通过化学反应生成的薄膜原子排列紧密、孔隙率低，耐腐蚀性与耐磨性均优于PVD薄膜。

CVD缺点：传统CVD工艺需借助高温驱动化学反应，易造成基底变形、晶粒长大，这限制了其在耐热性较差基底上的应用。

DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b03117

应用场景

绝缘膜Si3钝化膜、多晶硅薄膜。其中SiO2N4DOI: 10.1038/am.2017.118

DOI: 10.1002/adma.201806132

四、原子层沉积

ALD的核心特征是“自限制”，薄膜厚度可通过沉积周期数精确调控。

工艺流程

1. 在单个周期中，先通入第一种前驱体，其分子会在基底表面发生自限性吸附，形成单分子层吸附膜。

3. 通入第二种前驱体，与基底表面的第一种前驱体反应生成目标薄膜原子层，再次吹扫排出残余物后，重复该循环。

DOI: 10.1002/admt.202200876

优势与局限

同时，其保形性也极为出色，气态前驱体可深入基底高宽比达100:1以上的深孔、沟槽，并在其内壁形成均匀薄膜，是复杂三维结构基底沉积的理想技术。

此外，其工艺温度较为温和DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01531

同时，ALD对前驱体的要求较为严格，需选用具备高挥发性、高反应活性且无副反应的类型，而部分前驱体不仅价格昂贵，还易发生水解，这增加了工艺的成本。

在医疗器械领域，ALD被用于制备纳米涂层人工心脏瓣膜、支架表面的生物相容性薄膜。这类薄膜能模拟人体组织的界面特性，既提升了植入物与人体的适配度，又能抑制血小板黏附聚集，有效降低血栓形成的风险，让植入器械的临床安全性更有保障。

在光学与传感领域，ALD可用于制备纳米光学薄膜，其中高折射率TiO2膜则适配增透需求，助力优化光学器件的光学性能。

DOI: 10.1116/6.0001865