磁控溅射技术原理及应用简介

一、磁控溅射原理

磁控溅射是一种常用的物理气相沉积（PVD）的方法，具有沉积温度低、沉积速度快、所沉积的薄膜均匀性好，成分接近靶材成分等众多优点。传统的溅射技术的工作原理是：在高真空的条件下，入射离子（Ar⁺）在电场的作用下轰击靶材，使得靶材表面的中性原子或分子获得足够动能脱离靶材表面，沉积在基片表面形成薄膜。但是，电子会受到电场和磁场的作用，产生漂移，因而导致传溅射效率低，电子轰击路径短也会导致基片温度升高，为了提高溅射效率，在靶下方安装强磁铁，中央和周圈分别为N、S极。电子由于洛伦兹力的作用被束缚在靶材周围，并不断做圆周运动，产生更多的Ar⁺轰击靶材，大幅提高溅射效率，如图所示，采用强磁铁控制的溅射称为磁控溅射。

图1 磁控溅射原理图                                                         图2 磁控溅射设备

二、磁控溅射优点

（1）沉积速率快，沉积效率高，适合工业生产大规模应用；

（2）基片温度低，适合塑料等不耐高温的基材镀膜；

（3）制备的薄膜纯度高、致密性好、薄膜均匀性好、膜基结合力强；

（4）可制备金属、合金、氧化物等薄膜；

（5）环保无污染。

三、应用实例

图3 磁控溅射制备的MoS2薄膜，相比于CVD法，成功在低温下制备了垂直片层的MoS2薄膜

图4 磁控溅射法制备Si/C多层薄膜用于锂电池正极，可得到有均匀调制周期和调制比的多层薄膜

图5 磁控溅射法制备高功率热沉产品，薄膜致密度高，制备过程环境友好，可代替电镀等有毒有污染手段