介绍磁控溅射技术的基本原理、装置及近年出现的新技术。

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1 基本原理
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) _' h+ L& O; p* D. H2 n9 @磁控溅射技术是在普通直流(射频)溅射技术的基础上发展起来的。早期的直流(射频)溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。但这种溅射技术的成膜速率较低，工作气压高(2～10Pa)。为了提高成膜速率和降低工作气压，在靶材的背面加上了磁场，这就是最初的磁控溅射技术。

磁控溅射法在阴极位极区加上与电场垂直的磁场后，电子在既与电场垂直又与磁场垂直的方向上做回旋运动，其轨迹是一圆滚线，这样增加了电子和带电粒子以及气体分子相撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，同时，电子又被约束在靶表面附近，不会达到阴（阳）极，从而减小了电子对基片的轰击，降低了由于电子轰击而引起基片温度的升高。

. D5 t& z  p' }- F  b, o4 Q2 基本装置

5 w' O* v* s* l(1) 电源

6 x  t) v8 [2 Q" u! o7 \; V采用直流磁控溅射时，对于制备金属薄膜没有多大的问题，但对于绝缘材料，会出现电弧放电和“微液滴溅射”现象，严重影响了系统的稳定性和膜层质量。为了解决这一问题，人们采用了射频磁控溅射技术，这样靶材和基底在射频磁控溅射过程中相当于一个电容的充放电过程，从而克服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”现象的发生。

(2) 靶的冷却

. L; \# N3 H- `1 e. ^( L+ {5 r7 F( L9 Y在磁控溅射过程中，靶不断受到带电粒子的轰击，温度较高，其冷却是一个很重要的问题，一般采用水冷管间接冷却的方法。但对于传热性能较差的材料，则要在靶材与水冷系统的连接上多加考虑，同时需要考虑不同材料的热膨胀系数的差异，这对于复合靶尤为重要（可能会破裂损坏）。

  g) o$ _) j! Z8 Y3 |- {8 F; B(3) 磁短路现象

( @# P8 K- S6 }6 v  o( r利用磁控溅射技术溅射高导磁率的材料时，磁力线会直接通过靶的内部，发生刺短路现象，从而使磁控放电难以进行，这时需要在装置的某些部分做些改动以产生空间凝结，如让靶材内部的磁场达到饱和；在靶材上留下缝隙，使其产生漏磁现象；使靶材的温度升高而使其磁导率减小等。
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, n5 ]" Y9 q, H. y(4) 基底偏压

1 Z& Z' W/ w; C) B  X; I相对于接地的阳极（基片架），在基片上施加适当的偏压，使一部分离子流向基片，有利于吸收气体的解吸附，提高膜层的致命性、纯度和表面的光洁度。

' f: P) r& i* X3 磁控溅射新技术

(1) 多靶磁控溅射技术

& t  g* A1 p! E: R7 e: E& b6 _为了制备成分、性能满足要求的合金膜、多层膜，一般采用多靶磁控溅射技术。传统的合金靶、复合靶，由于不同元素的选择溅射现象、膜层的反溅射率以及附着力的不同等因素，难以达到预期的目的，多靶磁控溅射由于各个靶之间相互独立，可单独控制，在制备多层膜、混合膜方面性能优越。

李戈扬等应用多靶反应磁控溅射法制备了TiN/AlN纳米多层膜，TiN/AlN纳米多层膜中的TiN和AlN均由反应溅射法合成。制膜时，通过定时变换工件位来交替沉积不同材料，以获得一定厚度的AlN和TiN调制层。在实验中，1号阴极为Ti靶，2号阴极为Al靶，本底真空控制在10-4Pa数量级，溅射气氛pAr=0.4Pa和pN2=0.1Pa的混合气体。单面抛光的单晶硅基片是先用四氯化碳清除表面的石蜡，再在丙酮溶液中进行超声波清洗，最后用酒精清洗并烘干后送入真空室。薄膜厚度控制为1μm。

对薄膜的测试结果表明，纳米TiN/AlN的晶粒大小为10~20nm，最大硬度32.25GPa。

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