磁控溅射镀膜

一般直流三极溅射相对蒸发镀膜而言存在两大缺点：一是溅射的沉积速率低；二是溅射时需气体工作压力高。这两大缺点的综合效果，导致了气体分子对膜层的污染。所以磁控镀膜作为一种沉积速率高、工作气体压力低的新技术而拥有强大生命力活跃在薄膜制备工艺中。下面我们首先来介绍电子气体在静止电磁场中的运动。

当均匀磁场为B，电场E为零时，电子沿磁力线方向以速度为V飘逸时，不会受磁场影响而是沿磁力线作回旋运动。当B与E 均为均匀场时，且E平行于B时，电子被任意地加速，其螺距逐渐加大。当电场有垂直于B的分量时，电子会沿B*E的方向飘移，并伴有沿运动方向的旋转。当B与E均匀且互相垂直时，一个由静止开始运动的电子轨迹为摆线，摆线形成半径r.实际上由阴极靶发射出来的电子大约有5eV的初始能量，而阴极暗区的电场也不是很均匀的，所以电子的运动轨迹不是严格的摆线。总之，对于一个平面阴极，电子运动 到转折点的距离为d，此距离可以由公式去确定。

那么现在来说一下磁控溅射镀膜的工作原理，真空室内残存的气体中，存在的少量初始电子e。在电场E的作用下，加速飞向阳极基片的过程中与氩原子碰撞。如果电子具有足够的能量，即可电离出一个正离子与一个一次电子，一次电子飞向基片，正离子在电场E的作用下加速飞向并轰击阴极靶材并使靶材表面发生溅射。在溅射出来的粒子中，中性靶原子飞向基片沉积到基片表面形成薄膜，这就是其基本原理。

从靶材上溅射出来的被称作二次电子，在其飞向基片的过程中，由于受洛伦兹力的影响，会以一种摆线和螺旋线的复合形式在靶面上作圆周运动。该二次电子的运动路程不仅很长，而且，被电磁场约束在靠靶面附近的等离子体区域内。在该区域内电离出来的大量正离子去轰击阴极靶材，从而有效的提高了靶材沉积到基片上去沉积的速度。随碰撞次数增多，二次电子的能量降低，在其能量耗尽时，在电场E的作用下最终沉积到基片上，由于此时基片所吸收的电子能量很低，因此，基片升温较低，在磁极轴线处的电场与磁场平行，二次电子可直接飞向基片，但此处粒子密度低，所以对升温影响也不多，所以，磁控溅射镀膜技术有沉积速率高与基片升温低两大优点。

综上，磁控溅射镀膜基本原理就是以磁场改变电子运动方向，以电磁场约束和延长电子的运动轨迹，从而提高电子对工作气体的电离概率和有效的利用电子能量。因此与直流溅射相比，磁控溅射镀膜中的正交电磁场对电子的约束效应是二者根本区别，正因为该效应，才是其拥有低温高速的特点。