電子信息技術的快速發(fā)展對磁性薄膜、磁性元器件產(chǎn)生了巨大需求，磁性薄膜和磁性元器件的制備離不開原料Fe、Co、Ni等鐵磁性金屬及合金。由于磁控濺射技術制備的薄膜純度高，結(jié)構(gòu)控制精確，因此磁控濺射是沉積高質(zhì)量磁性薄膜來制造磁性元器件廣泛采用的方法。但是磁控濺射沉積磁性薄膜存在著鐵磁性靶材難以正常濺射等問題，這一困難阻礙了高性能磁性薄膜和器件的生產(chǎn)與應用。

　　磁控濺射鐵磁性靶材存在的問題

　　對于Fe、Co、Ni、Fe2O3、坡莫合金等鐵磁性材料，要實現(xiàn)低溫、高速濺射沉積，采用普通的磁控濺射方式會受到很大的限制。這是由于采用上述幾種材料制成的靶磁阻很低，大部分磁場如圖1所示的那樣幾乎完全從鐵磁性靶材內(nèi)部通過，使靶材表面上部的剩余磁場過小，無法形成有效地電子束縛區(qū)域，不可能形成平行于靶表面的使二次電子作圓擺線運動的強磁場，使得磁控濺射不能進行。此時，磁控濺射就成為效率很低的二極濺射，使薄膜的沉積速度大大下降，基片急劇升溫。

圖1 磁力線通過鐵磁性靶材示意圖 (C為磁力線通道的中線軸)

　　相比普通靶材，除了磁屏蔽效應外，在濺射鐵磁性材料時，等離子體磁聚現(xiàn)象變得更加嚴重。如圖2所示，圖2 (a) 中的點1和點3是磁力線通道中線軸C兩邊的點。在濺射時，由于電場和磁場共同存在，處于點1和點3位置的電子受到庫侖力和洛侖茲力的作用而向磁力線通道的中線軸C處運動，處于點2位置的電子不受橫向力的作用。

　　因此，濺射時中線軸處的等離子體最多，在靶材相應位置的濺射最為激烈，濺射率也最大。這種情況在所有的靶材濺射中均存在。但是在濺射鐵磁性靶材時，等離子體磁聚現(xiàn)象更加嚴重。

　　從圖2(d) 可見，由于等離子體磁聚現(xiàn)象，首先在磁力線通道中線處出現(xiàn)濺射溝道，原從鐵磁靶材內(nèi)部通過的磁力線就將從溝道處外泄出來，濺射的溝道越深，外泄的磁力線越多，磁力線中軸處的磁場強度越大，從而使更多的電子在磁力線中軸處磁聚，更多的等離子體在磁力線中軸處產(chǎn)生，于是溝道處的濺射率就越大，最終導致溝道處的靶材更快被濺穿。由于鐵磁性靶材內(nèi)部通過的磁力線遠遠多于普通靶材，所以其磁力線外瀉的更多，磁力線中軸處的磁場強度更大，溝道處的濺射刻蝕速率更快。

圖2 鐵磁性靶材濺射時的等離子體磁聚現(xiàn)象F-靶材表面眾多磁力線的一條

(a) 靶面上部的磁力線通道；(b) 開始濺射時的靶材磁場；(c) 濺射一段時間之后的靶材磁場；(d) 即將刻蝕透的靶材磁場