当均匀磁场为B,电场为零时,电子不受磁场影响,而是沿磁力线作回旋运动。当B和E为均匀场且E与B平行时,电子任意加速,其节距逐渐增大。当电场有一个垂直于B的分量时,电子将沿B*e的方向漂移,并沿运动方向旋转。当B和E均匀且相互垂直时,从静止处移动的电子轨迹为摆线,摆线形成半径R。事实上,从阴极靶发射的电子具有约5ev的初始能量,阴极暗区的电场不是很均匀,所以电子运动轨迹不是严格的摆线。简言之,对于平面阴极,从电子运动到转折点的距离是D,这可以通过公式确定。
现在我们来谈谈磁控溅射镀膜机的工作原理。真空室中的残余气体中有少量初始电子E。在电场E的作用下,它在加速飞向阳极基底的过程中与氩原子发生碰撞。如果电子有足够的能量,它可以电离一个正离子和一个初级电子。初级电子飞向衬底。在电场E的作用下,正离子加速飞向并轰击阴极靶,溅射靶表面。在溅射粒子中,中性目标原子飞向衬底并沉积在衬底表面形成薄膜,这是其基本原理。
从靶溅射出来的二次电子称为二次电子。在飞向基片的过程中,由于洛仑兹力的影响,它们会以摆线和螺旋线的复合形式在靶面上作圆周运动。二次电子的运动路径不仅很长,而且受到靶面附近等离子体区电磁场的约束。在该区域电离的大量正离子轰击阴极靶,有效地提高了靶在衬底上的沉积速度。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量降低。当其能量耗尽时,在电场E的作用下最终沉积在衬底上。此时,衬底吸收的电子能量很低,因此衬底的温升很低。磁极轴上的电场与磁场平行,二次电子可以直接飞到衬底上,但此处的粒子密度较低,因此对温升影响不大,因此,磁控溅射镀膜机技术有两个优点:沉积速率高,衬底温升低。
综上所述,磁控溅射镀膜机的基本原理是利用磁场改变电子的运动方向,利用电磁场限制和扩展电子的运动轨迹,从而提高电子对工作气体的电离几率,有效利用电子能量。因此,与直流溅射相比,磁控溅射涂层中正交电磁场对电子的约束作用是两者的根本区别。正是由于这种效应,它才具有低温、高速的特点。