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，結構控制精確，因此磁控濺射是沉積高質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