磁控濺射的原理,靶材背面加上強(qiáng)磁體,形成磁場。在正負(fù)電極間施以高的電壓產(chǎn)生等離子體,使氬氣發(fā)生輝光放電。等離子體中的電子在相互垂直的電場和磁場的共同作用下做螺旋式運(yùn)動(dòng),飛向正電極,在運(yùn)動(dòng)過程中與氬氣原子發(fā)生碰撞,產(chǎn)生Ar離子和電子,帶負(fù)電的電子又在相互垂直的電場和磁場的共同作用下向正電級(jí)做螺旋式運(yùn)動(dòng),電子再次與氬氣原子發(fā)生碰撞,隨著碰撞次數(shù)的增大,電子的能量逐漸降低,最后落在襯底上,這就使得高速電子對(duì)襯底轟擊產(chǎn)生的溫升大大降低。Ar離子向負(fù)極加速運(yùn)動(dòng),與靶材發(fā)生碰撞。能量適當(dāng)?shù)腁r離子離子轟擊靶材后使得靶材原子脫離靶材表面,最后沉積在襯底上形成薄膜。
濺射粒子達(dá)到襯底時(shí)的能量大約是蒸發(fā)鍍膜時(shí)原子的幾十至幾百倍,因此磁控濺射沉積的薄膜與襯底的結(jié)合力很強(qiáng)。磁控濺射的最大改進(jìn)之處在于,二次電子在磁場和電場的共同作用下做螺旋式的運(yùn)動(dòng),有效增加了電子的運(yùn)動(dòng)行程,從而大大增加了電子與氣體原子的碰撞機(jī)會(huì),將氣體原子的離化率提高了10~100倍。另外,二次電子在磁場的作用下會(huì)被束縛在靠近靶材的等離子區(qū)域內(nèi),在該區(qū)域與氬氣原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生的Ar離子只要經(jīng)過很短的行程就可對(duì)靶材進(jìn)行轟擊,這兩個(gè)原因都使得濺射速率大大增加。磁控濺射的這些優(yōu)點(diǎn),如低溫升、高速率及強(qiáng)的薄膜與襯底間的結(jié)合力等,使得該濺射方法得到廣泛的應(yīng)用。 此外,在磁控濺射中,對(duì)靶材放置的位置沒有很高的要求,所以一個(gè)真空室中可以置放多個(gè)靶材,靶材之間相互污染也非常少。磁控濺射根據(jù)其電源放電形式可以分為直流濺射、射頻濺射、非對(duì)稱交流濺射、中頻交流濺射、偏壓濺射以及脈沖濺射。