薄膜沉积过程中，入射原子首先被衬底或薄膜表面所吸附若这些原子具有足够的能量，它们将在衬底或薄膜表面进行扩散运动，除了可能脱附的部分原子之外，大多数被吸附原子将到达生长中的薄膜表面的某些低能位置在薄膜沉积的过程中，如果衬底的温度条件许可，则原子还可能经历一定的体扩散过程。

因此，原子的沉积过程包含吸附、扩散以及体扩散过程由于这些过程均受到激活能的控制，因此最终薄膜结构与沉积时衬底相对温度 T、/T以及沉积原子携带能量密切相关这里，T、为衬底温度，而T为沉积物质的熔点薄膜的组织结构决定了薄膜的（力学）性能。

在研究薄膜的过程中，人们提出采用结构区域模型（SZM）来描述气相沉积薄膜的微观结构与沉积工艺的关系蒸发镀膜和溅射镀膜都有相应的结构区域模型由于溅射镀膜是本书所述硬质薄膜的主要方法，下面就溅射镀膜结构区域模型（图1-2）进行讨论。

图1-2中，主要分为四个区域，分别是疏松纤维状区域Ⅰ、致密纤维状区域Ⅱ、柱状晶状区域Ⅲ和等轴晶状区域Ⅳ区域Ⅰ∶在温度很低、气压较高（真空度低）的条件下，入射粒子的能量较低，原子扩散能力有限，形成的薄膜组织为区域Ⅰ型的组织。

低温沉积时，临界核心尺寸很小而形核密度很高，原子表面扩散及体扩散能力很低，吸附原子失去了扩散能力加上沉积阴影效应的影响，沉积组织呈现出细纤维状形态，晶粒内缺陷密度很高，而晶粒边界处的组织明显疏松，细纤维状组织由孔洞所包围，力学性能很差。

区域Ⅱ∶随着温度的升高，原子扩散增强因此，虽然因阴影效应仍保持纤维状的特征，但晶粒变得致密，孔洞和疏松逐渐消失区域Ⅱ与区域Ⅰ的分界线与真空室内真空度有关，真空度越高，入射粒子能量越高，分界线越向低温区域移动。

区域Ⅲ;温度进一步升高，原子可进行长距离扩散，抵消了阴影效应的影响开始出现柱状晶组织，晶粒内部缺陷密度低，致密性好区域Ⅳ∶原子的体扩散开始发挥重要作用，晶粒迅速长大，出现贯穿薄膜厚度的粗大柱状晶，晶粒内缺陷密度很低。

由上面讨论可知，基体温度和真空度对溅射薄膜的结构起到非常重要的作用

从能量角度看，薄膜生长时沉积原子能量（E）主要有两部分，分别是衬底热传递的能量E和粒子轰击传递的能量Ep，即E=Es+EpEp包括离子轰击能量Efn;和中性粒子轰击能量Ebi，即Ep=Ebi+Efn因此，薄膜制备时，若衬底不加热，则传递的总能量E=Ep实验证明，衬底不加热的条件下，可以制备表面光滑、致密、结构无序的纳米晶薄膜，满足 Thornton J.A．所提出的结构区域模型（SZM）中的区域Ⅱ的制备条件。

随着氩气压力PAr，降低，以及Ts/Tm值逐渐减小，进入结构区域模型中的区域Ⅱ中，在这种情况下可以制备晶体薄膜这是由于当薄膜的制备气压PAr≤0.1Pa时，粒子运动的平均自由程远大于衬底到靶材的间距，粒子之间无碰撞或有极少的碰撞，能量损失较小，因此粒子的全部动能都转化为薄膜生长和结晶的能量。

此时的轰击能量 E，使薄膜制备满足结构区域模型（SZM）中区域Ⅱ的条件，能够制备出晶态薄膜这说明，利用粒子轰击和冷凝所传递的能量，使得薄膜制备由平衡的基体/薄膜加热方式，转变为非平衡的原子尺度加热方式（Ep），能够在未加热的基体上制备纳米晶薄膜，这对需低温条件制备薄膜的情况具有特殊意义。

（摘自《气相沉积薄膜强韧化技术》侵权必删）