Bộ phận chính của hệ phún xạ magnetron phẳng là một hệ nam châm được bố trí khép kín để tạo bẫy từ. Bẫy từ có tác dụng nhốt electron và bắt chúng chuyển động theo một “trường đua” nhằm tăng quãng đường chuyển động của chúng lên gấp nhiều lần so với khoảng cách giữa hai điện cực, qua đó làm tăng khả năng ion hóa chất khí.
* Mô tả hệ phún xạ :
+ Hệ phún xạ magnetron phẳng như một diode phẳng, trong đó từ trường phối hợp với bề mặt catốt để tạo thành bẩy điện tử. Bẫy này cần phải có dạng thích hợp để dòng cuốn điện tử có thể tự khép mình.
+ Vật liệu cần phủ dùng để phún xạ là một tấm kim loại. Toàn bộ bia, bản giải nhiệt tạo thành một tổ hợp catốt.
+ Từ trường được thành lập do một vòng nam châm bên ngoài bao quanh và đối cực với một nam châm ở giữa. Chúng được nối từ với nhau bằng một tấm sắt.
Bằng cách bố trí thích hợp ta có thể thu được các giá trị khác nhau của cường độ từ trường trên mặt bia.
* Nguyên tắc hoạt động:
Khi thế âm được áp vào hệ giữa bia (catốt) và đế vật liệu được phủ (anốt) sẽ sinh ra một điện trường→E làm định hướng và truyền năng lượng cho các hạt mang điện có trong hệ. Những điện tử và ion tạo thành thác lũ điện tử, những ion đập vào catốt (bia) và giải phóng các điện tử thứ cấp, các điện tử này được gia tốc trong trong điện trường E đồng thời bị tác động của từ trường ngangB, từ trường này sẽ giữ điện
tử ở gần catốt theo quỹ đạo xoắn trôn ốc, do đó chiều dài quãng đường đi của điện tử được tăng lên nhiều lần trước khi đến anốt (đế).
Trong quá trình chuyển động, điện tử sẽ va chạm với các nguyên tử hay phân tử khí và tạo ra những ion (sự ion hóa), các ion này được gia tốc đến bia và làm phát xạ những điện tử thứ cấp dẫn làm cho nồng độ điện tử được tăng lên. Khi số điện tử sản sinh bằng số điện tử mất đi do quá trình tái hợp lúc đó sự phóng điện là tự duy trì. Lúc này, khí phát sáng trên bề mặt bia, thế phóng điện giảm và dòng tăng nhanh. Những điện tử năng lượng cao sinh ra nhiều ion và những ion năng lượng cao này đập vào bia làm phún xạ vật liệu bia và bức xạ các điện tử thứ cấp để tiếp tục duy trì phóng điện. Lúc này khi tăng thế rất nhỏ dòng sẽ tăng đáng kể .
Chuyển động của điện tử trong trường hợp trên được mô tả bằng bài toán tìm quỹ đạo chuyển động của điện tử trong điện từ trường vuông góc.
* Đặc trưng riêng của phún xạ
Hình 2.4. Sự phân bố thế trong phóng điện khí.
Theo lý thuyết phóng điện khí, sự phân bố thế trong magnetron phẳng được chia làm 3 vùng:
• Vùng sụt thế catốt (vùng I) có điện trường lớn. Trong vùng này điện tử thứ cấp sinh ra từ catốt sẽ được điện trường gia tốc để đi vào vùng ion hóa theo hướng trực giao với nó.
• Vùng ion hóa (vùng II) có điện trường rất bé. Trong vùng này, điện tử va chạm với các phân tử khí, ion hóa chất khí, và mất năng lượng. Các ion sinh ra do quá trình ion hóa sẽ được gia tốc trong vùng sụt thế catốt và thực hiện chức năng phún xạ.
• Vùng plasma (vùng III): điện trường trong vùng này cũng rất bé. Phương pháp phún xạ magnetron phẳng có các ưu điểm sau:
+Phóng điện trong từ trường và điện trường vuông góc nhau. +Hoạt động ở áp suất thấp dẫn đến vận tốc lắng đọng màng cao. +Màng đạt chất lượng cao về độ bền cơ học.