磁控溅射镀膜设备原理及发展起源

　　磁控溅射镀膜设备的工作原理要从一开始的“溅射现象”说起。人们由起初发觉“溅射现象”发展至“溅射镀膜”此间历经了相当长的发展时间，溅射现象早在19世纪50年代的法拉第气体放电实验就已经发现了。不过当时还只将此现象作为一种避免范畴的研究，认为这种现象是有害的。直到20世纪，才有人证明了沉积金属是阴极被正离子轰击才溅射出来的物质。20世纪60年代时溅射制取的钽膜出现。到了1965年出现同轴圆柱磁控溅射装置和三级溅射装置，20世纪70年代，平面磁控溅射镀膜设备被研发出来，实现了高速低温溅射镀膜，使溅射镀膜一日千里，进展飞快。

　　磁控溅射镀膜设备的磁控溅射靶是采用静止电磁场，而磁场是曲线型的，对数电场用于同轴圆柱形靶;均匀电场用于平面靶;S-枪靶则位于两者间。各部分的原理是一样的。

　　电子受电场影响而加速飞向基材，在此过程中跟氩原子触发碰撞。如果电子本身足够30eV的能量的话，则电离出Ar同时产生电子。电子依旧飞向基材，而Ar受电场影响会移动到阴极(也就是溅射靶)，同时用一种高能量轰击靶的表面，也就是让靶材发生溅射。

　　在这些溅射粒子中，中性的靶分子或原子会沉积在基片上而成膜;而二次电子在加速飞向基材时，在磁场的洛仑兹力影响之下，呈现螺旋线状与摆线的复合形式在靶表面作一系列圆周运动。该电子不但运动路径长，还是被电磁场理论束缚在靠近靶表面的等离子体区域范围内。于此区内电离出大量的Ar对靶材进行轰击，所以说磁控溅射镀膜设备的沉积速率高。

　　电子能量会逐渐变弱，电子也慢慢远离靶面。低能电子会沿着磁力线来回振荡，直至电子能量快耗尽的时候，受电场影响而终会沉积于基材上。

　　因为该电子的能量较弱，所以传给基材的能量较低，基材的温升作用不大。位于磁极轴线处的电场跟磁场相互间平行，第二类电子将直接飞向基片。但是，在磁控溅射镀膜设备中，磁极轴线处离子电流密度低，所以对于第二类包括电子数据很少，让基片温升效果较差。

　　磁控溅射镀膜设备的基本原理是通过磁场使电子运动的方向改变，通过对电子的运动路径的延长及区域范围束缚，来增加电子的电离概率，好地使电子的能量利用更有效。这便是磁控溅射技术的“高速”和“低温”的特性机理。设备始于1974年时J. chapin的研发成果，当时磁控溅射镀膜设备一经研发，其相较于别的镀膜工艺显得优越性较为突出，设备适用范围极广，可在任何基材上镀上任何物料的膜层。