Cơ sở vật lý của cỏc phƣơng phỏp phỳn xạ dựa trờn hiện tƣợng va chạm của cỏc hạt cú năng lƣợng cao (cỏc ion khớ trơ nhƣ Ar, Xe, He,...) với cỏc nguyờn tử vật liệu trờn bia gốm, và làm bật cỏc nguyờn tử (hoặc từng đỏm vài nguyờn tử) của bia và chuyển động về phớa đế mẫu. Khi đến đế mẫu chỳng lắng đọng lại trờn bề mặt đế và tạo thành màng. Về bản chất vật lý, phỳn xạ là một quỏ trỡnh hoàn toàn khỏc với sự bốc bay - quỏ trỡnh chuyển húa xung lƣợng giữa cỏc ion khớ hiếm và cỏc nguyờn tử bờn trong vật liệu làm bia. Khi cỏc ion bắn phỏ bề mặt của bia, tƣơng tỏc giữa cỏc ion khớ với cỏc nguyờn tử của bia coi nhƣ quỏ trỡnh va chạm. Sự va chạm cú thể xảy ra đến độ sõu 5 ữ 10nm, nhƣng sự trao đổi xung lƣợng chỉ xảy ra trong khoảng cỏch 1nm từ bề mặt bia. Thụng thƣờng, cỏc nguyờn tử bị phỳn xạ rời khỏi bia với động năng tƣơng đối lớn, khoảng 3 ữ 10eV. Một phần năng lƣợng này sẽ bị tiờu hao do quỏ trỡnh tỏn xạ với cỏc nguyờn tử khớ trờn đƣờng đi đến đế mẫu. Khi đến đế mẫu, năng lƣợng chỉ cũn khoảng 1 ữ 2eV, cao hơn năng lƣợng của quỏ trỡnh bốc bay khoảng hai bậc. Năng lƣợng này làm tăng nhiệt độ đế mẫu và giỳp cho cỏc nguyờn tử lắng đọng sẽ bỏm vào đế mẫu chắc hơn (hỡnh 2.1).
Hỡnh 2.1. Nguyờn lý của quỏ trỡnh phỳn xạ
Cỏc hệ phỳn xạ DC và RF cú một hạn chế cơ bản là hiệu suất sử dụng điện tử khụng cao do điện tử chỉ đi theo đƣờng thẳng từ cathode đến anode và do đú chỉ cú khả năng ion húa cỏc phõn tử khớ trờn quóng đƣờng đú. Trong cỏc cấu hỡnh phỳn xạ này, chỉ vài phần trăm nguyờn tử khớ trơ đƣợc ion húa. Tăng khả năng ion húa chất khớ của cỏc điện tử thứ cấp, ngƣời ta phải vận hành hệ thống ở ỏp suất tƣơng đối cao. Để nõng cao hiệu suất sử dụng điện tử trong khi vẫn duy trỡ đƣợc ỏp suất ở mức thấp, ngƣời ta dựng từ trƣờng để lỏi quỹ đạo của cỏc điện tử theo những quỹ đạo cong. Thiết bị thực hiện giải phỏp kỹ thuật này là phỳn xạ magnetron (Magnetron Sputerring). Cấu hỡnh của hệ phỳn xạ manhờtrụn đƣợc cải tiến bằng cỏch đặt một nam chõm ở dƣới bia vật liệu (hỡnh 2.2). Từ trƣờng của nam chõm cú tỏc dụng bẫy cỏc điện tử và ion ở gần bề mặt bia làm tăng số lần va chạm giữa cỏc điện tử và cỏc nguyờn tử khớ và làm tăng hiệu suất ion húa của chỳng.
Hệ phỳn xạ Magnetron cú cỏc ƣu điểm nhƣ tốc độ lắng đọng cao, sự bắn phỏ của cỏc điện tử và ion trờn màng giảm, hạn chế sự tăng nhiệt độ đế và sự phúng điện phỏt sỏng cú thể đƣợc duy trỡ ở ỏp suất phỳn xạ thấp hơn. Ngoài ra, do hiệu suất ion húa của cỏc điện tử thứ cấp tăng nờn mật độ plasma tăng và trở khỏng của khối plasma giảm. Kết quả là, với cựng một cụng suất phỏt, hoặc là sẽ tăng đƣợc dũng phúng điện, hoặc là sẽ giảm đƣợc điện ỏp nuụi hệ thống so với hệ phỳn xạ khụng đƣợc tăng cƣờng bằng từ trƣờng.
Cú thể sử dụng phỳn xạ magnetron cho cả một chiều và xoay chiều. Kỹ thuật phỳn xạ magnetron cho phộp chế tạo cỏc loại màng kim loại, điện mụi, bỏn dẫn trờn nhiều loại đế khỏc nhau, cỏc màng cú thể chế tạo với cỏc tớnh chất, chức năng định trƣớc với một quy trỡnh định trƣớc với tốc độ tạo màng và chất lƣợng màng rất cao.