Page 7 - 《真空与低温》2025年第5期

546 真空与低温 第 31 卷 第 5 期

1 另一个是 S，两个靶之间磁力线交联。电子在两个
靶之间做旋转运动，与更多的氩原子碰撞使其
2
电离。
3
6 N S N
S N S 4
5 N S N 封闭磁场系统
（a）平衡磁场分布 靶材
1 S S
N N
S S
2
进气口 真空室
磁极
3 N S N 试样架
（a）非平衡闭合磁场镀膜机原理图
N N
S S 4
5
（b）非平衡磁场分布
1. 工件；2. 磁力线；3. 靶材；4. 外圈磁钢；5. 磁极靴；6. 心部磁钢。

图 5 平衡和非平衡磁控溅射靶靶面磁力线分布
Fig. 5 Magnetic field lines of balanced and
unbalanced sputtering targets
（b）非平衡闭合磁场计算机模拟图

图 7 非平衡闭合磁场磁控溅射镀膜机原理图及
非平衡闭合磁场计算机模拟图
Fig. 7 Schematic diagram of unbalanced closed magnetic sput-
tering machine and simulation diagram of unbalanced closed
magnetic field
N-S-N N-S-N
从图 7（b）可以看出，镀膜室内安装 6 个非平
（a）平衡磁场分布 （b）非平衡磁场分布
衡磁控溅射靶，靶前面有磁力线，相邻两个靶之间
图 6 平衡和非平衡磁控溅射靶靶面磁力线分布模拟图 也有磁力线交联，整个镀膜室内的磁场全封闭。
Fig. 6 Simulation diagram of magnetic field line distribution of 图 8 为 Teer 公司的计算机三维仿真模拟图 。
[15]
balanced and unbalanced magnetron sputtering target

（2）非平衡闭合磁场
如果将相邻的两个非平衡磁控溅射靶的磁极
性反向排列，一个靶的磁极性是 N-S-N，另一个靶
的磁极性是 S-N-S，两靶周边的磁极性分别为 N-S、
S-N，相互吸引，磁力线交联，在整个镀膜室内形成
闭合磁场。镀膜室内的电子受到电磁场的约束，不
（a）单靶非平衡磁场 （b）四靶非平衡闭合磁场
能逃逸到镀膜室壁上，而是在镀膜室内做旋转运动， 三维模拟图 三维模拟图
与更多的氩气和成膜原子碰撞，使它们电离，因此，
图 8 Teer 公司的非平衡闭合磁场的三维计算机模拟图
等离子体密度提高。这种方法只需改变磁场的排
Fig. 8 3D computer simulation of non-equilibrium
布就可以将电子束缚在镀膜室内，增加碰撞几率，
closed magnetic field provided by Teer
增强磁控溅射的等离子体密度。
图 7 为 Teer 公司的平面非平衡闭合磁场磁控 图 9 是 Hauzer 公司非平衡闭合磁场磁控溅射
溅射镀膜机原理图和计算机仿真模拟图 [1-2， 14-15] 。 镀膜机结构示意图 [1-3，9，16] 。镀膜室内的四个平面非
在图 7（a）中，上下靶的内磁钢排列为靶的中间是 S， 平衡磁控溅射靶除了后面安装了永磁体外，每个平
周边是 N，左右靶的内磁钢的排列为靶中间是 N， 面靶的周围还加装了电磁线圈。电磁场的方向与
周边是 S，即相邻两个靶周边的磁极性一个是 N， 靶内侧边永磁体外圈的磁极性相同，增强了平面靶