PVD磁控溅射发展趋势

磁控溅射是一种负靶在辉光等离子体中的载体离子，从靶上溅射出的原子，凝聚在基体上构成薄膜。非平衡磁控溅射技术与常规磁控溅射技术相比，在设计上差异较小，但沉积特性却有很大差异。

图1是非平衡磁控溅射和常规磁控溅射技术的等离子体区域特性的示意图。在常规磁控溅射中，等离子体被完全限制在靶区域，通常在靶表面的约6厘米内。在扩散非平衡磁场中，外围磁场强度高于中心磁场强度，部分外围磁场线延伸到衬底表面，部分二次电子沿磁场线到达衬底表面，使等离子体延伸到衬底表面，衬底离子束电流密度增大。内聚非平衡磁场，中心磁场强度高于外围，磁力线指向壁，基板表面等离子体密度低，因此很少使用这种方法。

非平衡磁控溅射技术是闭场非平衡磁控溅射 (CFUBMS)，它使用多个非平衡磁控溅射源，克服了在复杂表面上单靶均匀沉积薄膜所面临的巨大困难。在多目标系统中，有两种类型的目标磁场: 封闭磁场和镜像磁场。在闭合磁场模式下，不同靶之间的磁力线是闭合的，壁对电子的损失较少，衬底表面的等离子体密度高，到达衬底表面的离子与原子的比率是镜像磁场模式或单靶不平衡磁场的2到3倍以上。在镜像模式中，磁场线指向壁，并且二次电子沿着磁场线移动以被壁消耗，从而导致基板表面上的等离子体密度降低。

基于非平衡磁控溅射技术，出现了变磁场强度磁控溅射技术，其特点是通过改变两个磁极与靶表面之间的距离来实现靶表面磁场强度的变化。这为实现沉积离子和原子比的精细调节提供了新的工艺参数，该技术可以在沉积梯度膜和多层膜时实现各种膜性能的最佳组合。该技术还可以控制靶材的溅射腐蚀特性，实现靶材的均匀溅射。