Sous l'influence de champs électromagnétiques mutuellement perpendiculaires, les électrons se déplacent de manière cycloïdale et sont liés à la surface cible, ce qui prolonge leur trajectoire dans le plasma et augmente leur participation au processus de collision et d'ionisation des molécules de gaz, ionisant davantage d'ions et améliorant le taux d'ionisation du gaz. La décharge peut être maintenue même sous une pression de gaz plus faible. Par conséquent, la pulvérisation magnétron réduit non seulement la pression du gaz pendant le processus de pulvérisation, mais améliore également l’efficacité de la pulvérisation et le taux de dépôt.
Cependant, la pulvérisation magnétron équilibrée présente également des inconvénients. Par exemple, en raison du champ magnétique, les électrons générés par la décharge luminescente et les électrons secondaires pulvérisés sont étroitement confinés au voisinage de la surface cible par le champ magnétique parallèle. La région du plasma est fortement confinée à une zone d'environ 60 mm sur la surface cible. À mesure que la distance par rapport à la surface cible augmente, la concentration plasmatique diminue rapidement. À ce stade, la pièce ne peut être placée que dans une plage de 50 à 100 mm sur la surface cible du magnétron pour améliorer l'effet du bombardement ionique.
Cette courte zone de revêtement efficace limite les dimensions géométriques de la pièce à revêtir, la rendant inadaptée aux pièces ou aux charges de four plus grandes, limitant ainsi l'application de la technologie de pulvérisation magnétron. De plus, lors de la pulvérisation magnétron équilibrée, les particules cibles éjectées ont une énergie plus faible, ce qui entraîne une mauvaise force de liaison du film-substrat. Les atomes déposés à faible -énergie ont une faible mobilité sur la surface du substrat, formant facilement des films minces poreux, rugueux et en forme de colonne. Bien que l'augmentation de la température de la pièce puisse améliorer la structure et les propriétés du film, dans de nombreux cas, le matériau de la pièce lui-même ne peut pas résister à la température élevée requise.
L'émergence d'une pulvérisation magnétron déséquilibrée surmonte en partie les-inconvénients mentionnés ci-dessus. Il dirige le plasma de la surface cible de la cathode vers une plage de 200 à 300 mm devant la cible de pulvérisation, immergeant le substrat dans le plasma, comme le montre la figure. De cette manière, d’une part, les atomes et les particules pulvérisés se déposent sur la surface du substrat pour former un film mince ; d'autre part, le plasma bombarde le substrat avec une certaine énergie, agissant comme un agent de dépôt assisté par faisceau d'ions-, améliorant considérablement la qualité du film.
Déséquilibrésystèmes de pulvérisation magnétronavoir deux structures. Un type a une intensité de champ magnétique plus élevée dans le noyau que dans l'anneau extérieur, et les lignes de champ magnétique ne sont pas fermées, étant attirées vers la paroi de la chambre à vide, ce qui entraîne une faible densité de plasma sur la surface du substrat. Cette méthode est donc rarement utilisée. Une autre méthode implique une intensité de champ magnétique de l’anneau extérieur supérieure à l’intensité du champ magnétique du noyau. Les lignes de champ magnétique ne forment pas une boucle complètement fermée, certaines des lignes de champ magnétique de l'anneau extérieur s'étendant jusqu'à la surface du substrat. Cela permet à certains électrons secondaires de s'échapper de la région de la surface cible le long des lignes de champ magnétique et d'entrer en collision avec des particules neutres, les ionisant.
Le plasma n'est plus complètement confiné à la région de la surface cible mais peut atteindre la surface du substrat, augmentant encore la concentration en ions dans la zone de dépôt et augmentant la densité de courant ionique du substrat, atteignant généralement plus de 5 mA/cm². De cette manière, la source de pulvérisation agit également comme une source d’ions bombardant la surface du substrat. La densité de courant du faisceau ionique du substrat est proportionnelle à la densité de courant cible. L'augmentation de la densité de courant cible conduit à un taux de dépôt plus élevé, tandis que l'augmentation de la densité de courant du faisceau ionique du substrat produit un certain effet de bombardement sur la surface du film déposé.
Un bombardement ionique par pulvérisation magnétron déséquilibré peut nettoyer la couche d'oxyde et d'autres impuretés sur la pièce avant le revêtement, activer la surface de la pièce et former une pseudo-couche de diffusion sur la surface de la pièce, ce qui contribue à améliorer l'adhérence entre le film et la surface de la pièce. Pendant le processus de revêtement, le bombardement de particules chargées énergétiques peut atteindre l'objectif de modifier le film. Par exemple, le bombardement ionique a tendance à décoller les particules faiblement liées et saillantes du film, interrompant la croissance dominante de l'état cristallin ou condensé du film, produisant ainsi un film plus dense, plus uniforme et plus uniforme, et peut déposer des revêtements hautes-performances à des températures plus basses.
L'application de la technologie de dépôt sous vide par pulvérisation magnétron déséquilibrée a résolu le problème du dépôt de films denses et complexes rencontrés dans la pulvérisation magnétron équilibrée. Cependant, il est difficile de déposer des films uniformes sur des substrats complexes en utilisant une seule cible magnétron déséquilibrée. De plus, lorsque les électrons volent vers le substrat, certains électrons sont adsorbés sur les parois de la chambre à vide à mesure que l’intensité du champ magnétique s’affaiblit, entraînant une diminution des concentrations d’électrons et d’ions. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé des systèmes de pulvérisation magnétron déséquilibrée à cibles multiples afin de surmonter les inconvénients de la pulvérisation magnétron déséquilibrée à cible unique. Les systèmes de pulvérisation magnétron déséquilibrée à cibles multiples peuvent être divisés en pulvérisation magnétron déséquilibrée à champ magnétique fermé avec des pôles magnétiques adjacents opposés les uns aux autres et en pulvérisation magnétron déséquilibrée à champ magnétique miroir avec des pôles magnétiques adjacents identiques les uns aux autres, comme le montre la figure pour un champ magnétique fermé à double -cible et un champ magnétique miroir à double -cible.
En comparant les distributions de champ magnétique de paires de cibles en champ fermé-hors d'équilibre-et de paires de cibles en miroir, on peut voir que la différence de champ magnétique n'est pas significative près de la surface cible. Le champ magnétique transversal entre les pôles magnétiques interne et externe confine les électrons, formant une région cathodique à plasma hautement ionisée. Dans cette région, les ions positifs pulvérisent et gravent fortement la surface cible, projetant un grand nombre de particules cibles qui volent vers la surface du substrat. Aux pôles magnétiques de l’anneau intérieur et extérieur, en particulier aux pôles magnétiques de l’anneau extérieur les plus forts, le champ magnétique longitudinal domine, devenant le canal principal permettant aux électrons secondaires de s’échapper de la surface cible.
Cela devient le canal principal de transport des particules chargées vers la zone de revêtement. La comparaison de la distribution des champs magnétiques fermés et des champs magnétiques miroir dans la zone de revêtement révèle une différence significative. Pour les paires de cibles miroir, en raison de la répulsion mutuelle entre les deux champs magnétiques cibles, les champs magnétiques longitudinaux sont forcés de se courber vers l'extérieur de la zone de revêtement (paroi de la chambre à vide), provoquant le guidage des électrons vers la paroi de la chambre à vide et leur perte, réduisant ainsi le nombre total d'électrons et par la suite d'ions.
Étant donné que la méthode du champ magnétique miroir ne peut pas confiner efficacement les électrons, l’efficacité de la pulvérisation plasma n’est pas améliorée. En revanche, le champ magnétique longitudinal d'une paire cible de champ magnétique fermé hors équilibre - est fermé dans la zone de revêtement. Tant que l'intensité du champ magnétique est suffisante, les électrons ne peuvent se déplacer qu'entre la zone de revêtement et les deux cibles, évitant ainsi la perte d'électrons et augmentant ainsi la concentration d'ions dans la zone de revêtement, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la pulvérisation.
