平衡磁控濺射的概念和優(yōu)缺點(diǎn)
平衡磁控濺射即傳統(tǒng)的磁控濺射，是在陰極靶材背后放置芯部與外環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度相等或相近的永磁體或電磁線圈，在靶材表面形成與電場(chǎng)方向垂直的磁場(chǎng)。沉積室充入一定量的工作氣體，通常為Ar，在高壓作用下Ar 原了電離成為Ar+離子和電子，產(chǎn)生輝光放電，Ar+ 離子經(jīng)電場(chǎng)加速轟擊靶材，濺射出靶材原子、離子和二次電子等。
電子在相互垂直的電磁場(chǎng)的作用下，以擺線方式運(yùn)動(dòng)，被束縛在靶材表面，延長(zhǎng)了其在等離子體中的運(yùn)動(dòng)軌跡，增加其參與氣體分子碰撞和電離的過程，電離出更多的離子，提高了氣體的離化率，在較低的氣體壓力下也可維持放電，因而磁控濺射既降低濺射過程中的氣體壓力，也同時(shí)提高了濺射的效率和沉積速率。
但平衡磁控濺射也有不足之處，例如：由于磁場(chǎng)作用，輝光放電產(chǎn)生的電子和濺射出的二次電子被平行磁場(chǎng)緊緊地約束在靶面附近，等離子體區(qū)被強(qiáng)烈地束縛在靶面大約60 mm 的區(qū)域，隨著離開靶面距離的增大，等離子濃度迅速降低，這時(shí)只能把工件安放在磁控靶表面50～100 mm的范圍內(nèi)，以增強(qiáng)離子轟擊的效果。這樣短的有效鍍膜區(qū)限制了待鍍工件的幾何尺寸，不適于較大的工件或裝爐量，制約了磁控濺射技術(shù)的應(yīng)用。且在平衡磁控濺射時(shí)，飛出的靶材粒子能量較低，膜基結(jié)合強(qiáng)度較差，低能量的沉積原子在基體表面遷移率低，易生成多孔粗糙的柱狀結(jié)構(gòu)薄膜。提高被鍍工件的溫度固然可以改善膜層的結(jié)構(gòu)和性能，但是在很多的情況下，工件材料本身不能承受所需的高溫。
圖1 （a) 平衡磁控濺射(b) 非平衡磁控濺射
非平衡磁控濺射的出現(xiàn)部分克服了以上缺點(diǎn)，將陰極靶面的等離子體引到濺射靶前200～300 mm 的范圍內(nèi)，使基體沉浸在等離子體中，如圖1 所示。這樣，一方面，濺射出來的原子和粒子沉積在基體表面形成薄膜，另一方面，等離子體以一定的能量轟擊基體，起到離子束輔助沉積的作用，大大的改善了膜層的質(zhì)量。
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