磁控溅射仪是在“普通直流/射频溅射”的基础上，加了一组磁场，让电子被束缚在靶面附近，大幅提高离化率，从而提升成膜速率和膜层质量的一种物理气相沉积(PVD)设备。
下面分块讲清它的工作原理：
一、基本物理过程：从“撞飞原子”开始
真空与背景气体
腔体抽至高真空，再充入少量工作气体，一般为氩气（Ar）。
氩气是惰性气体，不会和大多数靶材发生化学反应，只负责“当子弹”。
辉光放电：形成等离子体
在靶材(阴极)和样品(阳极/接地)之间施加几百到几千伏的高压，形成强电场。
少量自由电子在电场中被加速，与氩气分子碰撞，产生电离：
e−+Ar→Ar++2e−
这样在靶面附近形成一个充满Ar⁺ 离子和电子的等离子体，并发出特征性的“辉光”。
溅射：把靶材原子“打出来”
带正电的 Ar⁺ 在电场作用下高速轰击靶材表面。
高能离子撞击使靶材表面原子获得能量，克服晶格束缚，被“撞飞”出来，形成溅射原子/粒子流。
这些原子以一定角度和能量向四周飞散，其中一部分会落到基片表面，逐渐堆积成膜。
二、磁控的关键：用磁场“困住”电子，提高成膜效率
电子在电磁场中的运动
在普通溅射中，电子只受电场作用，很快飞到阳极，参与碰撞的机会少，离化率不高，成膜很慢。
磁控溅射在靶面附近增加了一组永磁铁/电磁铁，形成近似与靶面平行的磁场。
电子在电场中加速的同时，还要受洛伦兹力作用，在靶面附近做螺旋/摆线运动，被“关”在靶面区域，来回飞行。
提高离化率，提高成膜速率
被“困住”的电子在靶面附近停留时间变长，与更多氩气分子碰撞，大幅提高Ar 的离化率。
离化率提高后，单位时间能产生更多 Ar⁺，更多离子轰击靶材，溅射速率大幅提升，成膜速度比普通溅射快很多。
因为电子被约束在靶面附近，打到基片上的电子很少，基片温升低，适合对温度敏感的样品。
三、不同类型磁控溅射的常见形式
直流磁控溅射（DC Magnetron Sputtering）
用于导电靶材：如金属(Ti、Al、Cu、Cr 等)。
靶接负高压，基片接正电或接地，通过电流和电压控制溅射功率。
射频磁控溅射（RF Magnetron Sputtering）
用于绝缘或弱导电靶材：如 SiO₂、ITO、Al₂O₃ 等。
采用高频交流电源(13.56 MHz)，在靶面形成自偏压，使正离子仍能被吸引去轰击靶面，实现溅射。
反应磁控溅射（Reactive Sputtering）
在 Ar 中引入反应气体，如 N₂、O₂、CH₄ 等，与靶材原子在基片表面发生化学反应，生成化合物薄膜。
如：
Ti 靶 + N₂ → 氮化钛（TiN） 膜(装饰/耐磨涂层)；
Zn 靶 + O₂ → 氧化锌（ZnO） 膜(透明导电膜、压电器件等)。
四、成膜过程：从原子到完整薄膜
沉积与迁移
从靶面飞出的原子/团簇以一定能量到达基片，在基片表面发生吸附、表面扩散和重排，形成岛状核，再不断长大、合并，形成连续薄膜。
影响膜层质量的因素
溅射功率、气压、气体比例、基片与靶距离、基片温度、偏压等，都会决定：
膜的致密度、附着力、厚度均匀性、应力、结晶性等。
五、磁控溅射的主要优势
成膜速率高：比普通直流溅射快数倍，适合大规模生产。
基片温升低：适合塑料、柔性衬底、热敏器件。
膜层质量好：致密、附着力强、成分和厚度较易控制。
应用广泛：从金属电极、硬质耐磨涂层，到透明导电膜、介质层、装饰膜，都有使用。
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