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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.

伴随碰撞频次的增多,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,更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.