Sputter 磁控濺鍍原理
Sputter 在辭典中意思為：（植物）濺散。此之所謂濺鍍乃指物體以離子撞擊時，被濺射飛散出。因被濺射飛散的物體附著於目標基板上而製成薄膜。在日光燈的插座附近常見的變黑現象，即為身邊最常見之例，此乃因日光燈的電極被濺射出而附著於周圍所形成。濺鍍現象，自19 世紀被發現以來，就大受歡迎，特別在放電管領域中尤為突出。近年來被應用於薄膜製作技術，收效甚佳。
薄膜製作的應用研究當初主要為Bell Lab.及Western Electric 公司，於1963 年製成全長10m 左右的連續濺鍍裝置。1966 年由IBM 公司發明高周波濺鍍技術，使得絕緣物之薄膜亦可製作。後經種種研究，至今已達「不管基板的材料為何，皆可被覆蓋任何材質之薄膜」目的境地。而若要製作薄膜，至少需要有裝置薄膜的基板及保持真空狀況的道具（內部機構）。這種道具即為製作空間，並使用真空泵將其內氣體抽出。
一、真空簡介：
所謂真空，依 JIS（日本工業標準）定義如下：較大氣壓力低的壓力氣體充滿的特定的空間狀態。真空區域大致劃分及分子運動如下：
真空單位相關知識如下：
二、Sputter（磁控濺鍍）原理：
1、Sputter 濺鍍定義
在相對穩定真空狀態下，陰陽極間產生輝光放電，極間氣體分子被離子化而產生帶電電荷，其中正離子受陰極之負電位加速運動而撞擊陰極上之靶材，將其原子等粒子濺出，此濺出之原子則沉積於陽極之基板上而形成薄膜，此物理現象即稱濺鍍。而透過激發、解離、離子化……等反應面產生的分子、原子、受激態物質、電子、正負離子、自由基、UV光（紫外光）、可見光……等物質，而這些物質混合在一起的狀態就稱之為電漿（Plasma）。下圖為Sputter 濺鍍模（類似打撞球模型）：
圖一中的母球代表被電離後的氣體分子，而紅色各球則代表將被濺鍍之靶材（Si、ITO&Ti 等），圖二則代表濺鍍後被濺射出的原子、分子等的運動情形；即當被加速的離子與表面撞擊後，通過能量與動量轉移過程（如圖三），低能離子碰撞靶時，不能從固體表面直接濺射出原子，而是把動量轉移給被碰撞的原子，引起晶格點陣上原子的鏈鎖式碰撞。這種碰撞將沿著晶體點陣的各個方向進行。同時，碰撞因在原子最緊密排列的點陣方向上最為有效，結果晶體表面的原子從鄰近原子那裡得到愈來愈大的能量，如果這個能量大於原子的結合能，原子就從固體表面從各個方向濺射出來。
圖四為CPTF 之Sputter 磁控濺射設備簡要模型：電子在交互電場與磁場E×B 作用下將氣體電離後撞擊靶材表面，使靶材原子或分子等濺射出來並在管面經過吸附、凝結、表面擴散遷移、碰撞結合形成穩定晶核。然後再通過吸附使晶核長大成小島，島長大後互相聯結聚結，最後形成連續狀薄膜。
2、Sputter 濺鍍物理原理
2.1、Sputter 濺鍍理論根據詳解：
洛侖茲力：實驗和理論證明，在磁感強度為B 的磁場中，電荷為q、運動速度為的帶電粒子，所受的磁場力為：
此力Fm通常稱為洛倫茲力．此公式稱為洛倫茲公式。根據運動電荷在磁場中的洛倫茲力公式Fm=qv x B，洛倫茲力的大小為：Fm=|q|vbsin@ 。從公式可以看出，洛倫茲力Fm的大小不僅和q、v、B的大小有關，而且取決於和之間的夾角的正弦sin@。
當@=0或π時，v//B,Fm=0此時，運動電荷不受磁力作用。
當@=π或3π/2時，V⊥B，Fm=|q|vB 。此時，運動電荷受到最大磁力作用。洛倫茲力的方向為：服從右手螺旋法則。運動電荷帶電量的正負不同，即使在均相同的情況下，洛倫茲力的方向也不同。
當時q>0，Fm=qv x B ，即磁場力的方向服從右手螺旋法則。
當時q<0，Fm=-|q|vB，負號說明磁場力的方向在右手螺旋法則規定的反方向。
始終運動方向垂直，故洛倫茲力對運動電荷永不做功,洛倫茲力公式是安培定律的微觀形式。洛倫茲公式是洛倫茲在 20 世紀初首先根據安培定律導出的，之後從實驗上得到了驗證。對載流導體在磁場中所受的力，從微觀上看，是導體中作定向運動的電子受磁場力作用的結果。根據安培定律，和電流強度的微觀表示形式，如圖中電流元受到的安培力可改寫為：
式中 dN是電流元IdL中參與導電的運動電荷總數。
在磁場強度為B的磁場中，電荷為q運動速度為v的帶電粒子，所受的磁場力Fm=qv x b為此力Fm通常稱為洛倫茲力。當v不⊥b時，帶電粒子同時參與兩種運動，將在磁場中作螺旋線運動。粒子速度垂直於磁場方向的分量Vg所對應的洛倫茲分力，將使粒子繞磁場作圓周運動，迴旋半徑：
粒子速度平行於磁場方向的分量 Vx所對應的洛倫茲分力，將使粒子作勻速直線運動，兩個分運動合成為螺旋線運動。
2.2、Sputter 濺鍍物理原理：
磁控濺射的工作原理如下圖所示；電子在電場 E 作用下，在飛向基板過程中與氬原子發生碰撞，使其電離出Ar+和一個新的電子，電子飛向基片，Ar+在電場作用下加速飛向陰極靶，並以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子則澱積在基片上形成薄膜。二次電子el 一旦離開靶面，就同時受到電場和磁場的作用。為了便於說明電子的運動情況，可以近似認為：二次電子在陰極暗區時，只受電場作用；一旦進入負輝區就只受磁場作用。於是，從靶面發出的二次電子，首先在陰極暗區受到電場加速，飛向負輝區。進入負輝區的電子具有一定速度，並且是垂直於磁力線運動的。在這種情況下，電子由於受到磁場B 洛侖茲力的作用，而繞磁力線旋轉。電子旋轉半圈之後，重新進入陰極暗區，受到電場減速。當電子接近靶面時，速度即可降到零。以後，電子又在電場的作用下，再次飛離靶面，開始一個新的運動周期。電子就這樣周而復始，跳躍式地朝著E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移(見下圖),簡稱E×B 漂移。
電子在正交電磁場作用下的運動軌跡近似於一條擺線。若為環形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面作圓周運動。二次電子在環狀磁場的控制下，運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內，在該區中電離出大量的Ar+離子用來轟擊靶材，從而實現了磁控濺射澱積速率高的特點。隨著碰撞次數的增加，電子e1 的能量消耗殆盡，逐步遠離靶面。並在電場E 的作用下最終沉積在基片上。由於該電子的能量很低，傳給基片的能量很小，致使基片溫升較低。另外，對於e2 類電子來說，由於磁極軸線處的電場與磁場平行，電子e2 將直接飛向基片，但是在磁極軸線處離子密度很低，所以e2 電子很少，對基片溫升作用極微。
綜上所述，磁控濺射的基本原理，就是以磁場來改變電子的運動方向，並束縛和延長電子的運動軌跡，從而提高了電子對工作氣體的電離機率和有效地利用了電子的能量。因此，使正離子對靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效。同時，受正交電磁場束縛的電子，又只能在其能量要耗盡時才沉積在基片上。這就是磁控濺射具有「低溫」，「高速」兩大特點的道理。具體應用於Sputter 磁控濺射中之情形如下圖所示：