Page 5 - 《真空与低温》2025年第5期

544 真空与低温 第 31 卷 第 5 期

workpiece bias current by more than 20 times，enhance deposition rates，and improve the compactness of film structures；uti-
lizing high-power supplies matched with unbalanced magnetron sputtering targets to increase the metal plasma density in the
films，thereby boosting deposition rates，enhancing film-substrate adhesion，and improving the compactness and performance
of film structures. The article anticipates that the application of these new technologies will undoubtedly propel magnetron
sputtering coating technology to play a more significant role in high-tech and advanced manufacturing industries.
Key words：glow discharge； cathode sputtering； planar magnetron sputtering target； cylindrical magnetron sputtering
target；non-balanced closed magnetic field；high power impulse magnetron sputtering

0 引言 控溅射在镀制半导体器件、显示器件、太阳能热水

磁控溅射（Magnetron Sputtering，MS） [1-10] 镀膜 器、太阳能电池、手机、手表、五金箱包、幕墙玻璃、节
技术是当今获得各种功能薄膜的重要技术。磁控 能玻璃等功能薄膜方面发挥了不可替代的重要作
溅射镀膜技术比蒸发镀膜技术的膜-基结合力好， 用，在电梯装饰板、工模具、汽车、船舶等的耐磨零
比阴极电弧离子镀膜技术的膜层组织细密，较早应 件镀膜方面发挥了重大作用。图 1 所示的各种高
用于大面积幕墙玻璃上镀制节能膜、阳光膜等。磁 新技术产品的制作过程中都采用了磁控溅射技术。

高清电视机 芯片 手机 太阳能热水器 太阳能电池 幕墙玻璃

手表 洁具 锂电池 大模具 轴承件 耐磨零件

图 1 用磁控溅射镀膜技术生产的产品
Fig. 1 Photos of magnetron sputtering products

随着能源、微电子、航空航天、光学及高端制 子在靶面前方空间不断地做摆线（也称旋轮线）运
造业等高新技术领域的发展，对高性能表面材料的 动，提高电子和氩气的碰撞几率，使氩离子流增大，
需求快速增长，进而推动了磁控溅射镀膜技术的进 对靶表面的溅射速率增大，从靶上溅射的原子数量
步。本文介绍磁控溅射原理和技术特点，综述了磁 增多，沉积速率大幅提高。磁控溅射镀膜技术比不
控溅射靶结构、镀膜电源、工艺和应用等方面的进 加磁场的阴极溅射镀膜的沉积速率高 10 倍以上 [1-3] ，
展，以及在工模具和耐磨零件镀膜中的重要作用。
达到产业化应用水平，成为当今制备高新技术产品
1 磁控溅射镀膜技术原理及优缺点 中各种功能薄膜的主要技术之一。

溅射镀膜技术是利用辉光放电中的氩离子对
靶材产生阴极溅射作用，将靶材原子溅射下来沉积 氩离子 膜层原子
e −
到工件表面形成膜层的镀膜技术 [1-10] 。图 2 为阴极 阴极靶材表面 氩离子
溅射原理图 [1-2] 。靶材接磁控溅射电源负极，镀膜室
内通入氩气。接通磁控溅射电源以后产生辉光放
电，氩离子在靶材所加负电压的吸引下加速轰击阴 （a）溅射前氩离子向靶面加速 （b）氩离子将原子轰击溅射下来
极靶材，高能氩原子将靶材原子溅射下来沉积到工
图 2 阴极溅射原理图
件上形成膜层。
Fig. 2 Schematic of cathode sputtering
磁控溅射镀膜技术是在阴极溅射靶后面增加
磁场，从而在靶的前面建立起正交电磁场，约束电 磁控溅射靶分为平面磁控溅射靶和柱状磁控