磁控溅射镀膜技术的发展
乱谈磁控溅射
磁控溅射技术是目前最重要的工业化大面积真空镀膜技术之一。
溅射技术的历史发展如图3-1所示，从中可以看出发展的驱动力主要来自：降低工艺成本、解决工艺难题和满足进一步提高薄膜性能的工艺参数优化。
前者关注于靶材利用率、沉积速率、薄膜均匀性以及溅射过程稳定性等方面的问题；后者由于低能离子轰击在薄膜沉积过程中的重要作用，主要要求增加溅射原子离化率和能独立控制/调节微观等离子体工艺参数等，以更好地满足实际镀膜工艺中的多种需求。
其中，HIPIMS：高功率脉冲磁控溅射high power impulse magnetron sputtering，MFMS：中频磁控溅射middle frequency magnetron sputtering，CFUBMS：闭合场非平衡磁控溅射closed field unbalanced magnetron sputtering，UBMS：非平衡磁控溅射unbalanced magnetron sputtering，IBAMS：离子束辅助磁控溅射ion beam aiding magnetron sputt ering，HCM：空心阴极磁控溅射hollow cathode sputtering，ICPMS：感应耦合等离子磁控溅射inductively coupled plasma magnetron sputtering。
（一）磁控溅射工艺原理相对于其它的制备工艺（如CVD、PLD、Spray pyrolysis等），磁控溅射是目前制备薄膜最为常用的方法之一。
概括起来磁控溅射主要具有如下优点[20]：●∙∙∙∙∙∙∙ 较低的制备温度（可室温沉积）；●∙∙∙∙∙∙∙ 较高的成膜质量，与衬底附着力好；●∙∙∙∙∙∙∙ 可控性好，具有较高的沉积速率；●∙∙∙∙∙∙∙ 可溅射沉积具有不同蒸汽压的合金与化合物；●∙∙∙∙∙∙∙ 成本较低，重复性好，可实现规模化大面积生产。
本贴对一般性溅射过程原理部分从略，其详细介绍可参考文献[147-150]，而主要结合制备AZO薄膜的情况，重点对磁控靶构造、磁路设计和部分表观工艺参数（external parameters）与微观/等离子体参数（plasma parameters）的关系做一简要评述。
磁控溅射技术进展及应用
摘要：近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。
随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。
本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。
关键词：磁控管溅射率非平衡磁控溅射闭合场非平衡磁控溅射自溅射引言磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法,被普遍和成功地应用于许多方面1～8,特别是在微电子、光学薄膜和材料表面处理领域中,用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。
1852年Grove首次描述溅射这种物理现象,20世纪40年代溅射技术作为一种沉积镀膜方法开始得到应用和发展。
60年代后随着半导体工业的迅速崛起,这种技术在集成电路生产工艺中,用于沉积集成电路中晶体管的金属电极层,才真正得以普及和广泛的应用。
磁控溅射技术出现和发展,以及80年代用于制作CD的反射层之后,磁控溅射技术应用的领域得到极大地扩展,逐步成为制造许多产品的一种常用手段,并在最近十几年,发展出一系列新的溅射技术。
一、磁控溅射镀膜原理及其特点1.1、磁控溅射沉积镀膜机理磁控溅射系统是在基本的二极溅射系统发展而来,解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。
磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000Gauss强力磁铁,真空室充入011～10Pa压力的惰性气体(Ar),作为气体放电的载体。
在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子,产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中,受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,电子以摆线的方式沿着靶表面前进,在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞,电离出大量的Ar+离子,与没有磁控管的结构的溅射相比,离化率迅速增加10～100倍,因此该区域内等离子体密度很高。
pvd镀膜发展历史
pvd镀膜发展历史PVD镀膜技术（Physical Vapor Deposition）是一种目前广泛应用于表面涂覆的先进技术。
它通过物理过程在物体表面形成一层薄膜，具有高附着力、高硬度、高耐磨、高温抗氧化等优点。
PVD镀膜技术的发展历史可以追溯到20世纪50年代。
在上世纪50年代末期，人们对于提高材料表面性能的需求不断增加，传统的化学镀和热浸镀技术已经不能满足要求。
为此，科学家们开始研究和开发新的镀膜技术。
于是，PVD镀膜技术应运而生。
最早的PVD镀膜技术主要是通过电弧放电镀膜方法实现的。
这种方法是将镀膜材料放置在真空室中，通过高温电弧放电使膜材料蒸发并沉积在物体表面。
然而，该方法存在着许多问题，如镀膜材料寿命短、成本高昂和环境污染等。
因此，人们开始研究其他PVD镀膜技术。
随着科技的进步，80年代末期，磁控溅射镀膜技术成功研发并应用于实际生产中。
这种方法通过利用磁场控制离子和蒸发的金属靶材，使其沉积在物体表面，形成薄膜。
磁控溅射技术具有镀膜速率快、镀层均匀、成膜质量高等优点，因此得到了广泛的应用。
随着对镀膜技术需求的不断提升，人们对PVD镀膜技术进行了更深入的研究和改进，推出了更多的技术方法。
如：激光离子束镀膜技术、磁束溅射镀膜技术和蒸镀镀膜技术等。
这些新的技术方法在提高镀膜质量和降低成本方面取得了显著的进展。
如今，PVD镀膜技术已经广泛应用于许多领域。
在汽车工业中，PVD镀膜可以提高汽车零部件的耐磨性和防腐蚀性，延长使用寿命。
在电子产品中，PVD镀膜可以提供抗指纹、防刮擦的功能，提升产品外观和质量。
同时，PVD镀膜也广泛应用于工具、医疗器械、建筑材料等领域。
随着科学技术的不断进步，PVD镀膜技术也会不断发展和创新。
未来，我们可以期待更加先进、高效、环保的PVD镀膜技术的推出，为各行各业提供更好的解决方案。
同时，我们也需要不断加强对PVD镀膜技术研究的支持，促进其在更多领域的应用，为社会经济发展做出更大的贡献。
玻璃磁控溅射镀膜
玻璃磁控溅射镀膜是一种在玻璃表面形成一层或多层金属、金属化合物或其它化合物薄膜的工艺技术。
以下是该工艺的简要介绍：
1. 溅射原理：在磁控溅射镀膜过程中，电子在电场的作用下加速飞向基片，与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子（或分子）沉积在基片上成膜。
2. 磁控技术：二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内。
该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断地与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材。
经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。
3. 镀膜种类：根据不同的应用需求，可以溅射不同的材料，形成各种不同的镀膜。
例如，热反射镀膜可以使玻璃具有遮蔽太阳光的功能；低辐射镀膜可以使玻璃具有保温作用，具有节能效果。
4. 工业应用：玻璃磁控溅射镀膜工艺在建筑、汽车、家居、电子等多个行业都有广泛的应用。
如LOW-E玻璃就是一种典型的磁控溅射镀膜玻璃，它具有保温、隔热、节能等效果。
总的来说，玻璃磁控溅射镀膜工艺通过精确控制薄膜的成分和厚度，赋予了玻璃一系列特殊的性能，极大地拓展了玻璃的应用范围。
如需更多信息，建议查阅磁控溅射镀膜相关论文获取。
溅射镀膜进展
证，厚度均匀性得到改善 。 本文表明转动式磁控溅射是一种最经济的和效果 良好的工艺。 平面磁控溅射镀膜工艺中 的一些不足之处， 通过采用旋转筒式技术可以予以克服 。 采用 旋转筒式磁控镀膜工艺的主要 优点有三 ：可制成多种镀膜、充分利用原材料 、 可使粉末密度提高两倍，从而提高了溅射速 度并可制成复杂结构 。 ． 转动式溅射靶 随着市场对磁控溅射真空镀膜的兴趣增长， 制造靶材业因而扩展 。 由于热喷涂技术 的适 应性强 ，成为制造溅射靶的首选工艺。有三个参数直接影响着制造商 的总成本： （ ）材料成分：掺杂材料可 以是化学配 比成分，也可 以是非化学配 比成分，不受相图 １ 制约 ， 因而操作者可开发出传统靶材铸造工艺无法制成的特种镀膜 。 热喷涂无需考虑溶解度 的限制 。喷涂前只需备好适 当比例 的简单混合物即可制出两种材料制成的混合靶材 。 （ ）材料广泛性：几乎所有原料均可用于喷涂，不管是低熔 点金属还是高熔点陶瓷。 ２ （ ）靶材灵活性 ：耐用靶材 （ ３ 犬骨形）使材料两端 的厚度增大 ，结果使材料利用率提 高，多种材料均可使用 ，而且可制 出不同长度的靶，最长可达 ３ ０ｍ。 ８ｃ 利用先进 的筒式靶管可制 出 Ｓ Ｏ 、Ｔ ２ ｉ２ ｎ ２ ｉ 、ＳＯ 以及 ￥３ ４ Ｏ ｉ 等多种常用薄膜或多层年 第 １ ０７ 期
溅射镀膜进 展
磁控溅射是在玻璃上沉积薄膜 的一种真空镀膜技术 。自２ 世纪 ６ 年代末发 明以来， ０ ０ 溅 射电极经历了一系列演变 。 最重要的技术进步是旋转筒式磁控管及先进旋转筒式溅射靶 的使 用。这两项并行进展使镀膜效率大为提高，同时使成本显著降低，与此 同时镀膜质量获得保
面广，但是因其平面结构而带来若干局限。 旋转筒状 ＩＩ 靶克服了平面陶瓷 ＩＩ 靶的局 限性，其优点包括： １ ｏ １ ｏ ①更大的有效靶源量、 靶材利用率高，因而降低了停机 时间； ②提高了反应沉积过程的 稳定性：③改善了靶冷却技术，从而提高 了功率密度和沉积速率 ； ④先期现场测试表明，在 靶利用率提高一倍的同时，业主总成本减少了每平米 ４％以上 。 ０ 三种磁效应 对磁场加 以控制很关键，因为它影响溅射镀膜 的三个主要特性：厚度均匀性、 高沉积速 率和靶材利用最大化 。 市场对厚度均匀性提出苛刻的要求 。 ３ 在 ｍ宽的底板上， 厚度误差不得超过几个百分点。 磁场强度是仅次于气体调节的另一个监控手段 ，用 以确保镀膜均匀性达到要求 。 溅射靶表面处的磁场应仔细监控 以期满足高沉积速度、 理想厚度均匀性和尽可能节约原 材料三项综合指标 。 为满 足三项技术指标 ，比利 时贝卡 尔特 公司采用了一种可调 节磁汇流条 （ ｄｍｔ ｌ Ａｇ ａｅ ｂ ＭａｎｔＢ ｒ，这是专为大面积转动式筒形磁控管溅射装置而设计的。连同以前在磁学与力 ｇ ｅ ａ） 学方面的改进 ， 整个磁条形成一个装于水导管之上的极靴上的磁铁组合件 。 该磁条是自动的、
磁控溅射镀膜技术的发展
第46卷第2期2009年3月真空VACUUMVol.46,No.2Mar.2009收稿日期：2008-09-03作者简介：余东海（1978-），男，广东省广州市人，博士生联系人：王成勇，教授。
*基金项目：国家自然科学基金（50775045）；东莞市科技计划项目（20071109）。
磁控溅射镀膜技术的发展余东海，王成勇，成晓玲，宋月贤（广东工业大学机电学院，广东广州510006）摘要：磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，相应的溅射技术与也取得了进一步的发展。
非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布，提高了膜层质量；中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象，消除靶中毒和打弧问题，提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率；改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率；高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
关键词：镀膜技术；磁控溅射；磁控溅射靶中图分类号：TB43文献标识码：A文章编号：1002-0322（2009）02-0019-07Recent development of magnetron sputtering processesYU Dong-hai,WANG Cheng-yong,CHENG Xiao-ling,SONG Yue-xian(Guangdong Universily of Technology,Guangzhou 510006,China )Abstract:Magnetron sputtering processes have been widely appleed to thin film deposition nowadays in various industrialfields due to its outstanding advantages,and the technology itself is progressing further.The unbalanced magnetron sputtering process can improve the plasma distribution in deposition chamber to make film quality better.The medium -frequency and pulsed magnetron sputtering proceses can efficiently avoid the hysteresis during reactive sputtering to eliminate target poisoning and arcing,thus improving the stability and depositing rate in preparing thin compound films.Higher utilization of target can be obtained by improved target design,and the high -speed sputtering and self -sputtering provide a new field of applications in magnetron sputtering coating processes.Key words:coating technology;magnetron sputtering;magnetron sputtering target溅射镀膜的原理[1]是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场的作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿一定的方向射向基体表面，在基体表面形成镀层。
磁控溅射镀膜技术的发展及应用_马景灵
溅射镀膜过程主要是将欲沉积成薄膜的材料制成靶材，固定在溅射沉积系统的阴极上，待沉积薄膜的基片放在正对靶面的阳极上。
溅射系统抽至高真空后充入氩气等，在阴极和阳极之间加几千伏的高压，阴阳极之间会产生低压辉光放电。
放电产生的等离子体中，氩气正离子在电场作用下向阴极移动，与靶材表面碰撞，受碰撞而从靶材表面溅射出的靶材原子称为溅射原子，溅射原子的能量一般在一至几十电子伏范围，溅射原子在基片表面沉积而后成膜。
溅射镀膜就是利用低气压辉光放电产生的氩气正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材，把靶材中的原子或分子等粒子溅射出而沉积到基片或者工件表面，形成所需的薄膜层。
但是溅射镀膜过程中溅射出的粒子的能量很低，导致成膜速率不高。
磁控溅射技术是为了提高成膜速率在溅射镀膜基础上发展起来的，在靶材表面建立与电场正交的磁场，氩气电离率从０．３％～０．５％提高到了５％～６％，这样就解决了溅射镀膜沉积速率低的问题，是目前工业上精密镀膜的主要方法之一［１］。
可制备成磁控溅射阴极靶材的原料很广，几乎所有金属、合金以及陶瓷材料都可以制备成靶材。
磁控溅射镀膜在相互垂直的磁场和电场的双重作用下，沉积速度快，膜层致密且与基片附着性好，非常适合于大批量且高效率的工业化生产。
1磁控溅射的工艺流程在磁控溅射过程中，具体工艺过程对薄膜性能影响很大，主要工艺流程如下［２］：（１）基片清洗，主要是用异丙醇蒸汽清洗，随后用乙醇、丙酮浸泡基片后快速烘干，以去除表面油污；（２）抽真空，真空须控制在２×１０４Ｐａ以上，以保证薄膜的纯度；（３）加热，为了除去基片表面水分，提高膜与基片的结合力，需要对基片进行加热，温度一般选择在１５０℃～２００℃之间；（４）氩气分压，一般选择在０．０ｌ～ｌＰａ范围内，以满足辉光放电的气压条件；（５）预溅射，预溅射是通过离子轰击以除去靶材表面氧化膜，以免影响薄膜质量；（６）溅射，氩气电离后形成的正离子在正交的磁场和电场的作用下，高速轰击靶材，使溅射出的靶材粒子到达基片表面沉积成膜；（７）退火，薄膜与基片的热膨胀系数有差异，结合力小，退火时薄膜与基片原子相互扩散可以有效提高粘着力。
2023年中国磁控溅射镀膜行业发展现状及下游产业链市场发展全景分析预测
2023年中国磁控溅射镀膜行业发展现状及下游产业链市场发展全景分析预测（1）磁控溅射镀膜技术：磁控溅射镀膜技术是PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）镀膜技术的一种，其工作原理系通过施加与电场方向垂直的磁场，控制高能粒子束（通常采用Ar+）加速轰击阴极靶材表面，使靶材发生溅射生成原子并沉积在基板表面形成薄膜。
中金企信国际咨询权威公布《2023-2029年磁控溅射镀膜行业市场调查及“十四五”投资战略预测报告》磁控溅射镀膜技术能够有效提高膜层的沉积速率、降低基片温度，减小等离子体对膜层的破坏，制成薄膜在特性上具有显著优势，适合大面积镀膜生产，是目前最主要的工业镀膜方式之一。
中金企信国际咨询权威公布《2023-2029年柔性光学导电材料行业发展现状与投资战略规划可行性报告》（2）磁控溅射镀膜行业发展现状：磁控溅射镀膜技术在中国自20世纪90年代起逐渐应用于工业生产，此后，随着国际产业转移以及国内技术的进步，磁控溅射镀膜技术在我国开始广泛应用于平板显示、触控面板、光伏电池以及装饰面板等产品的工业制造，并随着卷绕溅射镀膜技术的日益成熟，镀膜基材也由传统的玻璃基板拓展到了柔性领域。
在下游市场需求以及技术创新的不断推动下，我国磁控溅射镀膜行业得到了快速发展。
中金企信国际咨询权威公布《2023-2029年智能表计市场深度调研及投资可行性预测咨询报告》①显示触控：中金企信国际咨询权威公布《2023-2029年中国消费电子行业市场供需格局分析及投资战略可行性报告》A、LCD用ITO导电玻璃：ITO（Indium Tin Oxides，氧化铟锡）导电玻璃，是指在玻璃基板上利用磁控溅射的方法沉积ITO薄膜，加工制作成的一种具有良好透明导电性能的玻璃产品，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性。
中金企信国际咨询权威公布《2023-2029年汽车电子行业市场运行格局分析及投资战略可行性评估预测报告》LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）是一种现代显示技术，其原理是将液晶置于两片平行的ITO导电玻璃基板之间，在ITO导电玻璃的电极作用下，液晶分子排列会发生扭曲，从而控制偏振光出射状态，产生显示画面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第46卷第2期2009年3月真空VACUUMVol.46,No.2Mar.2009收稿日期：2008-09-03作者简介：余东海（1978-），男，广东省广州市人，博士生联系人：王成勇，教授。
*基金项目：国家自然科学基金（50775045）；东莞市科技计划项目（20071109）。
磁控溅射镀膜技术的发展余东海，王成勇，成晓玲，宋月贤（广东工业大学机电学院，广东广州510006）摘要：磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，相应的溅射技术与也取得了进一步的发展。
非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布，提高了膜层质量；中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象，消除靶中毒和打弧问题，提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率；改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率；高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
关键词：镀膜技术；磁控溅射；磁控溅射靶中图分类号：TB43文献标识码：A文章编号：1002-0322（2009）02-0019-07Recent development of magnetron sputtering processesYU Dong-hai,WANG Cheng-yong,CHENG Xiao-ling,SONG Yue-xian(Guangdong Universily of Technology,Guangzhou 510006,China )Abstract:Magnetron sputtering processes have been widely appleed to thin film deposition nowadays in various industrialfields due to its outstanding advantages,and the technology itself is progressing further.The unbalanced magnetron sputtering process can improve the plasma distribution in deposition chamber to make film quality better.The medium -frequency and pulsed magnetron sputtering proceses can efficiently avoid the hysteresis during reactive sputtering to eliminate target poisoning and arcing,thus improving the stability and depositing rate in preparing thin compound films.Higher utilization of target can be obtained by improved target design,and the high -speed sputtering and self -sputtering provide a new field of applications in magnetron sputtering coating processes.Key words:coating technology;magnetron sputtering;magnetron sputtering target溅射镀膜的原理[1]是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场的作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿一定的方向射向基体表面，在基体表面形成镀层。
溅射镀膜最初出现的是简单的直流二极溅射，它的优点是装置简单，但是直流二极溅射沉积速率低；为了保持自持放电，不能在低气压（＜0.1Pa ）下进行；不能溅射绝缘材料等缺点限制了其应用。
在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和辅助阳极，就构成直流三极溅射。
增加的热阴极和辅助阳极产生的热电子增强了溅射气体原子的电离，这样使溅射即使在低气压下也能进行;另外，还可降低溅射电压，使溅射在低气压，低电压状态下进行;同时放电电流也增大，并可独立控制，不受电压影响。
在热阴极的前面增加一个电极（栅网状），构成四极溅射装置，可使放电趋于稳定。
但是这些装置难以获得浓度较高的等离子体区，沉积速度较低，因而未获得广泛的工业应用。
磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来，在靶材表面建立与电场正交磁场，解决了二极溅射沉积速率低，等离子体离化率低等问题，成为目前镀膜工业主要方法之一。
磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点：可制备成靶的材料广，几乎所有金属，合金和陶瓷材料都可以制成靶材；在适当条件下多元靶材共溅射方式，可沉积真空VACUUM第46卷配比精确恒定的合金；在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜；通过精确地控制溅射镀膜过程，容易获得均匀的高精度的膜厚；通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态，溅射靶的安装不受限制，适合于大容积镀膜室多靶布置设计；溅射镀膜速度快，膜层致密，附着性好等特点，很适合于大批量，高效率工业生产。
近年来磁控溅射技术发展很快，具有代表性的方法有射频溅射、反应磁控溅射、非平衡磁控溅射、脉冲磁控溅射、高速溅射等。
1平衡磁控溅射平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。
沉积室充入一定量的工作气体，通常为Ar，在高压作用下Ar原了电离成为Ar+离子和电子，产生辉光放电，Ar+离子经电场加速轰击靶材，溅射出靶材原子、离子和二次电子等。
电子在相互垂直的电磁场的作用下，以摆线方式运动，被束缚在靶材表面，延长了其在等离子体中的运动轨迹，增加其参与气体分子碰撞和电离的过程，电离出更多的离子，提高了气体的离化率，在较低的气体压力下也可维持放电，因而磁控溅射既降低溅射过程中的气体压力，也同时提高了溅射的效率和沉积速率[2,3]。
但平衡磁控溅射也有不足之处，例如：由于磁场作用，辉光放电产生的电子和溅射出的二次电子被平行磁场紧紧地约束在靶面附近，等离子体区被强烈地束缚在靶面大约60mm的区域，随着离开靶面距离的增大，等离子浓度迅速降低，这时只能把工件安放在磁控靶表面50～100mm 的范围内，以增强离子轰击的效果。
这样短的有效镀膜区限制了待镀工件的几何尺寸，不适于较大的工件或装炉量，制约了磁控溅射技术的应用。
且在平衡磁控溅射时，飞出的靶材粒子能量较低，膜基结合强度较差，低能量的沉积原子在基体表面迁移率低，易生成多孔粗糙的柱状结构薄膜。
提高被镀工件的温度固然可以改善膜层的结构和性能，但是在很多的情况下，工件材料本身不能承受所需的高温。
非平衡磁控溅射的出现部分克服了以上缺点，将阴极靶面的等离子体引到溅射靶前200～300mm的范围内，使基体沉浸在等离子体中，如图1所示。
这样，一方面，溅射出来的原子和粒子沉积在基体表面形成薄膜，另一方面，等离子体以一定的能量轰击基体，起到离子束辅助沉积的作用，大大的改善了膜层的质量[4]。
图1（a)平衡磁控溅射(b)非平衡磁控溅射Fig.1(a)balanced magetron sputtering(b)unbalanced megnetron sputtering2非平衡磁控溅射1985年，Window和Savvides[5,6]首先引入了非平衡磁控溅射的概念。
不久，多种不同形式的非平衡磁场设计相继出现，磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。
磁控溅射靶的非平衡磁场不仅有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也有由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构[7~9]，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例[10]。
非平衡磁控溅射系统有两种结构[11,12]，一种是其芯部磁场强度比外环高，磁力线没有闭合，被引向真空室壁，基体表面的等离子体密度低，因此该方式很少被采用。
另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度，磁力线没有完全形成闭合回路，部分外环的磁力线延伸到基体表面，使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域，同时再与中性粒子发生碰撞电离，等离子体不再被完全限制在靶材表面区域，而是能够到达基体表面，进一步增加镀膜区域的离子浓度，使衬底离子束流密度提高，通常可达5mA/cm2以上。
这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源，基体离子束流密度与靶材电流密度成正比，靶材电流密度提高，沉积速率提高，同时基体离子束流密度提高，对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。
非平衡磁控溅射离子轰击在镀膜前可以起到清洗工件的氧化层和其他杂质，活化工件表面的作用，同时在工件表面上形成伪扩散层，有助于提高膜层与工件表面之间的结合力。
在镀膜过程中，载能的带电粒子轰击作用可达到膜层的改20··余东海，等：磁控溅射镀膜技术的发展第2期性目的。
比如，离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子，切断膜层结晶态或凝聚态的优势生长，从而生更致密，结合力更强，更均匀的膜层，并可以较低的温度下镀出性能优良的镀层[12]。
非平衡磁控溅射技术的运用，使平衡磁控溅射遇到的沉积致密、成分复杂薄膜的问题得以解决，然而单独的非平衡磁控靶在复杂基体上较难沉积出均匀的薄膜，而且在电子飞向基体的过程中，随着磁场强度的减弱，一部分电子吸附到真空室壁上，导致电子和离子的浓度下降。
对此研究人员开发出多靶非平衡磁控溅射系统，以弥补单靶非平衡磁控溅射的不足。
多靶非平衡磁控溅射系统根据磁场的分布方式可以分为相邻磁极相反的闭合磁场非平衡磁控溅射和相邻磁极相同的镜像磁场非平衡磁控溅射，如图2所示（a）为双靶闭合磁场，（b）为双靶镜像磁场。
图2（a）闭合磁场磁控溅射（b）镜像磁场磁控溅射Fig.2Magnetron sputtering in(a)closed magnetic field(b)mirroy's magnetic field比较闭合磁场非平衡靶对和镜像靶对的磁场分布情况，可以看出在靶材表面附近磁场差别不大，内外磁极之间横向磁场对电子的约束形成一个电离度很高的等离子体阴极区，在此区域内的正离子对靶面的强烈溅射刻蚀，溅射出大量靶材粒子飞向基体表面。
在内部和外环磁极的位置，特别是较强的外环磁极处，以纵向磁场为主，成为二次电子逃离靶面的主要通道，进而成为向镀膜区域输送带电粒子的主要通道。