Lắng đọng pha hơi vật lý là một kỹ thuật dựa trên nền tảng của quá trình vật lý như sự bay hơi, sự thăng hoa hoặc sự tương tác ion trên bia, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển những nguyên tử ở dạng rắn hoặc nóng chảy lên trên đế mang. Bốc bay nhiệt và phún xạ là hai phương pháp PVD được sử dụng rộng rãi nhất cho việc tạo màng.
Sơ đồ hình 1.6 chỉ rõ những nguyên lý cơ bản của phương pháp trình bốc bay nhiệt sử dụng nguồn nhiệt là thuyền điện trở. Trong phương pháp này, năng lượng nhiệt được cung cấp đến một nguồn nơi mà các nguyên tử được hóa hơi và lắng đọng trên đế. Sự đốt nóng nguồn vật liệu có thể được tiến hành bằng nhiều phương pháp. Đơn giản nhất là dùng điện trở nhiệt có dạng dây hoặc lá được làm từ kim loại chịu được nhiệt độ cao và ít tương tác với vật liệu nguồn. Để chứa được nhiều vật liệu nguồn ta có thể dùng điện trở dạng thuyền hay dạng chén. Những nguyên tử bốc bay di chuyển trong chuông chân không và đến lắng đọng trên bề mặt đế.
Hình 1.6. Sơđồ nguyên lý hệ bốc bay nhiệt
Phương pháp bay bốc nhiệt có ưu điểm là đơn giản, và dễ tạo màng hợp chất vì khi làm bay hơi vật liệu thì toàn thể hợp chất hoặc hợp kim sẽ bị bay hơi do đó màng tạo ra có hợp thức khá gần với thành phần của vật liệu nguồn (đặc biệt là các hợp kim). Nhược điểm quan trọng là không thể tạo các màng quá mỏng, khả năng khống chế chiều dày của phương pháp này rất kém do tốc độ bay bốc khó điều khiển. Đồng thời, việc chế tạo các màng đa lớp là rất khó khăn với phương pháp này. Vì những lý do đó mà phương pháp bốc bay nhiệt ngày càng ít được sử dụng trong việc chế tạo màng mỏng.
Phún xạ (Sputtering) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo màng mỏng. Có ba phương pháp để chế tạo màng mỏng bằng phương pháp phún xạ. Đó là phương pháp phún xạ cao áp một chiều (DC sputtering), phún xạ cao tần (RF sputtering) và phún xạ magnetron (magnetron sputtering). Trong phương pháp phún xạ, nhờ sự phóng điện từ trạng thái plasma các ion năng lượng cao như Ar+ được gia tốc bắn phá lên bề mặt bia là vật liệu cần phún xạ (hoạt động như một catôt). Dưới tác động bắn phá của ion, các nguyên tử bị bật ra khỏi bia lắng đọng trên đế hình thành màng mỏng (đế được xem như anôt). Ưu điểm của phương pháp phún xạ là sử dụng được cho hầu hết các loại vật liệu: kim loại, oxít, chất điện môi. Bia để phún xạ thường dùng được lâu vì lớp phún xạ rất mỏng. Bên cạnh đó phương pháp phún xạ cũng có một số nhược điểm như: năng lượng phún xạ tập trung lên bia làm nóng bia cho nên phải có bộ phận làm lạnh bia, bia rất đắt tiền và hiệu suất sử dụng không cao thêm vào đó hiệu suất phún xạ thấp khi xét về mặt năng lượng.
Hình 1.8. Sơđồ nguyên lý hoạt động của hệ MBE
Epitaxy chùm phân tử (MBE) là một ví dụ nữa của phương pháp lắng đọng pha hơi vật lý. Phương pháp này có thể tạo ra màng mỏng có chất lượng tốt phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Phương pháp epitaxy chùm phân tử có thể tạo được màng rất mỏng do có thể khống chế được tốc độ tạo màng chính xác đến từng lớp nguyên tử trong chân không siêu cao (10-10 Torr). Trong môi trường chân không siêu cao , các vật liệu nguồn riêng biệt có độ tinh khiết cao được đốt nóng nhờ bức xạ nhiệt của đèn Knudsen. Do được cấp nhiệt lượng cao chúng nóng chảy và thăng hoa. Hơi của vật