真空镀膜

表面方寸之间，重塑万物性能

真空镀膜技术是一种在真空环境下，通过物理或化学方法将特定材料沉积到基材表面的技术。其主要分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类。PVD技术不涉及化学反应，而是通过物质的相变现象来实现薄膜的沉积；而CVD技术则通过气态反应物在基材表面发生化学反应来生成薄膜。

真空镀膜的工艺类别

近些年，在环保政策及碳达峰、碳中和政策的驱动下，应用市场积极探索更节能环保的薄膜制备工艺。与传统电镀制备薄膜相比，真空镀膜具有镀层薄、速度快、附着力好等优势，适合金属、塑料等表面处理，且没有废水污染，在环保方面具有显著的优势，因此越来越受到市场的青睐。

真空镀膜是凝聚态物理学和材料科学的交叉学科，它不仅具有丰富的物理内涵，而且在汽车工业、半导体、航空航天、微电子、光电子、超导材料等领域具有十分广泛的应用。

常见的真空镀膜工艺主要有五类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜、分子束外延沉积和化学气相沉积。它们各有优势和针对性。

真空蒸发镀膜

真空蒸发(Vacuum Evaporation) 镀膜是在真空条件下，用蒸发器加热蒸发物质，使之升华，蒸发粒子流直接射向基片，并在基片上沉积形成固态薄膜的真空镀膜方法。

优点：设备简单、操作容易、薄膜纯度高、厚度可较准确控制、成膜速率快、效率高。

缺点：密度差（只能达到理论密度的95%）、薄膜附着力较小。

应用领域：真空蒸发镀膜广泛应用于建筑工程五金、卫浴五金、钟表、小五金，甚至轮毂、不锈钢型材、家具、照明设备及酒店用品、装饰品的表面处理。

真空溅射镀膜

真空溅射镀膜是在真空条件下，用几十电子伏或更高动能的荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够高的能量而溅出进入气相，这种溅出的、复杂的粒子散射过程称为溅射。真空溅射镀膜就是利用溅射现象实现制取各种薄膜的工艺。

优点：膜厚可控性和重复性好、与基片的附着力强、膜层纯度高质量好、可制备与靶材不同的物质膜。

缺点：成膜速度比蒸发镀膜低、基片温度高、易受杂质气体影响、装置结构较复杂。

应用领域：目前最常用的溅射镀膜技术是磁控溅射镀膜技术。这种技术能增加与气体的碰撞几率，提高靶材的溅射速率，最终提高沉积速率，因此更适用于具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的功能性薄膜、装饰领域、微电子领域及节能玻璃领域。

真空离子镀膜

真空离子镀膜是在真空蒸发镀和溅射镀膜的基础上发展起来的一种镀膜新技术。通过在等离子体中进行整个气相沉积过程，真空离子镀膜工艺大大提高了膜层粒子能量，可以获得更优异性能的膜层，扩大了“薄膜”的应用领域。

优点：附着力强、不易脱落、改善了膜层的覆盖性、镀层质量高、成膜速度快、密度高、晶粒小。

缺点：基板须是导电材料。

应用领域：真空离子镀膜广泛应用于机械零件、飞机、船舶、汽车、排气管、飞机发动机、高速转动件、工具、超硬工模具等领域。

分子束外延沉积

分子束外延沉积是在超高真空环境（≤10⁻⁸ Pa）中，将高纯元素（如Ga、As）加热形成分子束，精准喷射到单晶衬底表面，通过逐层外延生长单晶薄膜。通过精确控制分子束流速和束流密度实现原子级生长调控。

优点‌：原子级厚度控制（精度达0.01 nm）、可制备超纯单晶薄膜、支持原位掺杂工艺

缺点‌：沉积速率极低（0.1–1 μm/h）、设备成本高昂，维护复杂

应用领域‌：
量子器件‌：GaAs/AlGaAs量子阱激光器
高频电子‌：HEMT晶体管（5G通信核心组件）
红外探测‌：HgCdTe焦平面阵列
半导体材料‌：生长砷化物/磷化物/氮化物薄膜
多功能器件‌：晶体管、光电器件、掺杂半导体薄膜

该技术是半导体微纳制造的核心手段，推动着量子计算、高温超导等前沿科技的快速发展。

化学气相沉积

化学气相沉积CVD技术是在真空环境下，利用气态化合物或化合物的混合物在基体受热面上发生化学反应，从而在基体表面上生成不挥发的涂层。

优点：操作简单、灵活性强；适用于单一或复合膜层和合膜层，适用性广泛；沉积速率可达每分钟几微米到数百微米，生产效率高；适用于涂覆形状复杂的基体；涂层致密性好。

缺点：沉积温度高，易导致基材性能下降；反应气体、反应尾气可能具有一定的腐蚀性、可燃性及毒性；镀层很薄。

CVD法主要应用于两大方向：
1、制备涂镀层：改善和提高材料或零件的表面性能，提高或改善材料或部件的抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能。
2、开发新型结构材料：目前CVD技术在保护膜层、微电子技术、太阳能利用、光纤通信、超导技术、制备新材料等许多方面得到广泛的应用。

真空镀膜应用全景

从日常用品到星辰大海：
✅玫瑰金表壳（空心阴极离子镀）
✅防指纹手机屏（磁控溅射SiO₂纳米涂层）
✅自清洁玻璃（CVD镀TiO₂光催化膜）
✅半导体：ALD沉积芯片栅极，磁控溅射打造铜导线
✅光学：电子束蒸发增透膜（镜头透光率＞99.5%）
✅新能源：太阳能电池背反射膜（溅射镀铝），提升光电转换率20%
✅飞机发动机叶片（离子镀热障涂层，耐温1500℃）
✅深海钻头（多弧离子镀TiAlN，寿命提升8倍）
✅柔性屏幕（卷绕式蒸发镀ITO，可弯曲导电）
✅人造关节（射频溅射生物相容性涂层）

……

结束语

从微米级的装饰镀层到纳米级的芯片薄膜，真空镀膜以原子为笔、真空为幕，在材料表面重构性能极限。据预测，2029年全球真空镀膜市场将突破285亿美元，而中国在半导体与新能源领域的爆发，正推动亚太成为真空镀膜市场增长极。

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