一般来说，PVD 涂层的形貌由三种因素决定：基材表面的形貌、涂层微观形貌、沉积过程中形成的生长缺陷，而 PVD 涂层的表面粗糙度主要来自于生长缺陷 (液滴、结节缺陷、针孔、凹坑等)。
基材表面的形貌
基材表面形貌取决于机械预处理 (研磨、喷砂、抛光) 和离子蚀刻。机械预处理可以平滑基板表面，但也会产生不同微米级的不规则性。而在离子蚀刻中，蚀刻效率不仅取决于刻蚀方法和蚀刻条件，还取决于批处理配置、基板 (工具) 的几何形状，以及真空室中的位置和旋转模式。在工业规模上，PVD 涂层通常沉积在具有复杂 3D 形状的基材上，这些基材具有锋利的边缘 (例如，切削工具)、孔和槽。作者详细讨论了在蚀刻过程中，由于到达衬底的离子电流变化，造成了离子蚀刻的不均匀性，分析了离子轰击在蚀刻过程中对表面微粗化和各种微尺度表面特征 (如锥、坑、台阶、沟槽) 形成的影响。
涂层表面的微观形貌
预处理过程中，在基材表面上形成的所有不规则形貌均通过涂层转移。因此，可以通过光学、AFM 和 SEM 显微镜或 3D 轮廓仪来估算离子蚀刻的强度。然而，在涂层沉积之后，会发生与涂层本身固有的微观、纳米形态和生长缺陷相关的其他形貌变化。对在同一批次中沉积的涂层使用不同基材旋转模式会存在较大差异，特定的旋转模式决定了沉积速率和离子电流密度之间的比率。此外，在两次和三次旋转模式下，基材的方向发生了显著的非周期性变化，这强烈影响了离子蚀刻和涂层沉积。一般来说，生长涂层的强烈离子轰击破坏了其柱状微观结构并改变了其形貌。在离子蚀刻和涂层沉积方面，应避免在同一沉积过程中批量使用不同尺寸和几何形状的工具。
生长缺陷对涂层形貌的影响
生长缺陷对涂层表面形貌的影响最大。研究表明，在涂层沉积过程中形成了大量的表面生长缺陷，主要是结节状缺陷和浅坑。生长缺陷会导致基体表面粗糙度显著增加。
研究结论
涂层形貌取决于基材表面的形貌、涂层微观形貌和沉积过程中形成的生长缺陷。基板表面形貌受机械预处理的影响，特别是受离子蚀刻方法的影响。涂层形态由基材表面粗糙度和沉积原子的表面迁移率决定，而涂层表面形貌的最大变化则是由生长缺陷引起的。
综上所述，对 PVD 涂层进行表面形貌分析可以更好地了解不同沉积体系中涂层形貌与工艺参数之间关系。未来应定期进行此类分析，以生产可循环利用的涂层。
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