平衡式和非平衡式磁控管有什么区别？为您的薄膜工艺选择合适的工具

从核心来看，平衡式和非平衡式磁控管之间的区别在于其磁场的几何形状和强度。平衡式磁控管具有对称磁场，旨在将等离子体限制在溅射靶材表面附近。相比之下，非平衡式磁控管使用故意不对称的磁场，通常外侧磁体更强，以将一部分等离子体从靶材引导开，并引向正在镀膜的基底。

选择并非关乎哪个“更好”，而是哪个更适合手头的任务。平衡式磁控管优先考虑溅射靶材的高效侵蚀，而非平衡式磁控管则通过受控的离子轰击来优先改变生长薄膜的特性。

决定性差异：磁场约束

任何磁控管的功能都是将电子捕获在靶材上方的磁场中。这些被捕获的电子随后使工艺气体（如氩气）电离，产生致密的等离子体。然后，来自该等离子体的正离子被加速进入负偏压的靶材，溅射出原子，这些原子会移动并涂覆您的基底。磁控管的设计决定了等离子体最集中的位置。

在标准平衡式磁控管中，内、外磁极的强度大致相等。

这会产生一个封闭的、对称的磁场，就像一个“磁栅栏”，将绝大部分等离子体紧密地限制在靶材表面正上方的一个环形区域内。这种配置在侵蚀靶材方面效率极高。

非平衡式磁控管故意打破这种对称性。外侧磁极的强度明显强于内侧磁极。

这导致一些磁力线以及跟随它们的等离子体“泄漏”或从靶材延伸得更远，并投射到基底方向。

磁场几何形状的这种差异并非纯粹的学术问题；它对沉积到基底上的材料会产生深远的影响。

非平衡设计的关键作用是它将大量的离子流从等离子体引导到基底。基底本质上是浸没在等离子体中的。

这意味着在薄膜生长时，它同时受到高能离子的轰击。这个过程通常被称为离子辅助沉积。

这种同步轰击是非平衡设计的全部目的。传递给生长薄膜的额外能量可以显著改善其物理性能。

使用非平衡式磁控管沉积的涂层通常更致密、附着力更强，并且内应力更低。这对于需要硬质、耐磨或光学精密薄膜的应用至关重要。

通过扩展等离子体并改善其在工艺体积内的约束（尤其是在多磁控管系统中），非平衡式磁控管还可以导致更高效的电离过程。

这通常会导致涂层的整体沉积速率更高，在更短的时间内将更多材料沉积到基底上。

没有哪种设计是普遍优越的。选择完全取决于您涂层的预期结果。

平衡式磁控管非常适合那些您只需要沉积一层材料而没有特定结构要求的应用。

其缺点是无法影响薄膜的微观结构。沉积更“被动”，这对于高性能功能涂层可能不够。

非平衡式磁控管通过使用离子轰击来设计薄膜的结构，从而主动控制薄膜的性能。

缺点是部分等离子体能量被导向基底而不是靶材，并且扩展的等离子体可能会轰击腔室壁，如果管理不当，可能会引入杂质。

您的工艺目标决定了正确的磁控管配置。

如果您的主要重点是简单、高速率沉积且对薄膜改性最小： 平衡式磁控管是标准、高效的选择，适用于装饰涂层或基本导电层等应用。
如果您的主要重点是制造致密、坚硬或高附着力的功能涂层： 非平衡式磁控管对于提供设计薄膜性能所需的离子轰击至关重要，适用于工具涂层或光学滤光片等应用。
如果您正在使用多靶材系统进行复杂合金或反应溅射： 闭合场非平衡式磁控管配置，其中相邻磁控管的磁场相互连接，可提供最高水平的等离子体约束和工艺控制。

最终，了解磁场几何形状使您能够选择精确的工具来控制您的薄膜沉积过程。