Основи пучкових і плазмових технологій

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт

з курсу:

Магнетронна розпилювальна система ВУП-5М

Вакуумний універсальний пост ВУП-5М призначений для отримання плівок з різних матеріалів методом магнетронного розпилення.

Прилад зроблено однією стойкою, у якій розміщені робоча камера, вакуумна система, блоки живлення, пульти керування.

У робочій камері встановлені три магнетронні розпилювачі з плоскою мішенню, схематичне зображення яких показано на рис. 1, з тією лише різницею, що зона розпилення замикається у коло (рис. 4).

Перед напиленням на магнетрон (2) встановлюють катод-мішень (3), закріплюють підкладку (6) на тримачі (4), перевіряють роботу заслінки (7) і відкачують вакуумну камеру до ~10-4 Па. За допомогою крану (12) напускають робочий газ аргон, звичайний робочий тиск якого дорівнює (0,5÷5)·10-5 Па. На катод подають негативну напругу відносно анода.

Рис. 4. Робоча камера магнетронної розпилювальної системи ВУП-5М:

1 – робочий об'єм; 2 – магнетрон; 3 – зйомка мішень; 4 – підкладкотримач; 5 – затискач; 6 – підкладка; 7 – заслінка; 8 – плазма тліючого розряду; 9 – ручка для обертання заслінки у робочому об'ємі; 10 – ручка для обертання підкладкотримача у робочому об'ємі; 11 – водяний шланг; 12 – кран напуску робочого газу; 13 – високовольтний ввод; 14 – відкачка дифузійним насосом

Основні параметри і характеристики МРС ВУП-5М:

- залишковий тиск у камері, що створюється дифузійним насосом при працюючій азотній пастці – 1,3·10-4 Па;

- максимальна напруга на виході високовольтного випрямляча джерела живлення магнетрона – не менше 0,9 кВ;

- максимальний струм магнетрона – не менше 300 мА;

- температура підкладки – до 1000 ºС;

- час нагрівання підкладки – не більше 30 хв;

- час зміни підкладок не більше 7 сек, швидкість обертання підкладок не менше 0,5 сек.

Керування магнетронною системою ВУП-5М здійснюється з пульта керування. За допомогою пульта забезпечується вихід на робочий режим вакуумної системи з холодного стану і комутація вакуумної системи під час роботи. Схема вакуумної комутації ВУП-5М наведена на рис. 5.

 

Рис. 5. Схема вакуумної комутації ВУП-5М: СN - об'єм робочий; ND – насос дифузійний; NL – насос форвакуумний; ВF – балон форвакуумний; V1…V8 – клапани комутації вакуумної системи; Р1, Р2, Р4 – датчики термопарні ПМТ-2; Р3 – датчик іонізаційний ПМІ-2.

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову і принцип дії магнетронної розпилювальної системи ВУП-5М.

2. Освоїти порядок виконання технологічних операцій по виготовленню тонких плівок методом магнетронного розпилювання на установці ВУП-5М.

3. Отримати декілька плівкових зразків, використовуючи у якості мішені запропоновані матеріали.

4. Визначити товщину зразків, рівномірність плівки по товщині, швидкість напилення.

 

Установка підкладки

2.1. Напустити повітря у робочий об'єм натиснувши кнопку «НВ» на блоці керування (або на виносному пульті).

2.2. Відкинути ковпак робочої камери.

2.3. Встановити підкладки на тримач під керівництвом лаборанта.

2.4. Встановити мішень речовини, що буде розпилюватись, на катод магнетронної системи.

2.5. Перевірити працездатність заслінки.

2.6. Закрити ковпак робочої камери.

Відкачка

3.1. Відкрити баластний клапан натиснувши кнопку «ПВ».

3.2. Для контролю вакууму у камері натиснути кнопку «Д2» секції «індикація» блоку керування.

3.3. Чекати досягнення значення вакууму (6-8) ·10^-2 мм рт. ст. (на індикаторі сигнал буде більше 300).

3.4. Відкрити затвор натиснувши кнопку «ВВ» виносного пульту.

3.5. Чекати досягнення вакууму 1·10^-4 мм рт. ст. (на індикаторі сигнал буде більше 999 дел.).

3.6. Ввімкнути іонізаційний датчик вимірювання тиску у камері вибравши необхідний діапазон тиску «10^-5» або  «10^-7» на секції «індикація».

3.7. Чекати досягнення необхідного значення вакууму в об'ємі.

3.8. Прокачати аргонову магістраль, послідовно відкривши п’єзоелектричний натекатель і наступні крани аж до редуктора. Для відкриття п’єзоелектричного натекателя натиснути кнопку «травление вкл» секції «режим» і вивести ручку «ток ИТр» за годинниковою стрілкою до упору.

3.9. При відкритій магістралі чекати відкачки до необхідного значення вакууму в камері.

Напилення

4.1. Регулятором напруги встановити, за значенням ЭДС термопари, необхідну температуру підкладок.

4.2. Перед напуском газу закрити п’єзоелектричний натекатель обертом ручки «ток ИТр» проти годинникової стрілки до упору і віджати кнопку «травление вкл» секції «режим».

4.3. Відкрити кран балону з допомогою редуктора, виставити стрілку розходоміра на значення в області від 5 до 10 л/хв. (під керівництвом лаборанта).

4.4. Натиснути кнопку «травление вкл» секції «режим» і з допомогою потенціометру «ток ИТр» і заслінки над дифузійним насосом виставити тиск аргона у камері на рівні (1÷4)·10^-2 мм рт. ст. (на індикаторі 650-320 дел). Тиск фіксується датчиком «Д1».

4.5. Подати високу напругу на магнетрон, натиснувши наступні кнопки секції «режим»: потужність «вкл», випаровував «ИТр».

4.6. За допомогою ручки потенціометру «мощность 1» виставити необхідну напругу, що фіксується на стрілочному індикаторі «напряжение».

4.7. Виставити струм розряду з допомогою стрілочного індикатора «ток».

4.8. За допомогою регулювання тиску і потужності від коректувати режим напилювання і зафіксувати його стабільне положення, що зберігається протягом не менше 1 хв.

4.9. Відкрити заслінку, ввімкнути секундомір.

4.10. По завершенні процесу напилювання закрити заслінку. З допомогою ручки «мощность 1» зняти напругу, виключити кнопку потужності «вкл».

4.11. Закрити редуктор балона з аргоном.

4.12. Виключити нагрівач підкладки у зворотній послідовності.

4.13. Прокачати аргонову магістраль до значення, що відповідає початковому вакууму.

4.14. Закрити магістраль у зворотній послідовності (від балона до п’єзоелектричного натекателя).

4.15. Чекати охолодження підкладки до необхідної температури (за звичай до Т<80 ºС).

Література

 

1. Петухов В.Ю., Гумаров Г.Г. Ионно-лучевые методы получения тонких пленок. Учебно-методическое пособие. – Казань. 2010.- 87 с.

http://www.ksu.ru/f6/k5/bin_files/petukhov_ibm!33.pdf

2. Кузьмичев А. Магнетронные распылительные системы. Книга 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. М.:Аверс, 2008. – 244 с.

3. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 328с.

4. Данилин Б.С., Сырчин В.Н. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982.- 72 с.

 

 

 

Лабораторна робота № 2

Фізико-Технологічні принципи Методу катодного розпилення

 

Мета роботи: вивчення фізичних принципів катодного розпилення: отримання практичних навичок використання методу катодного розпилення в установці ВУП-5М.

Елементи теорії. Конструкція установки для катодного розпилювання, зображена на рис. 6, складається з газорозрядної камери 1, в яку вводиться робочий газ (зазвичай аргон) під тиском 1 – 10 Па; катода 2, виконуючого функцію мішені, що розпилюється; анода 3 і закріпленої на ньому підкладки 4. Між анодом і катодом подається постійна напруга величиною декілька кіловольт, що забезпечує створення в міжелектродному просторі електричного поля напруженістю порядка 0,5 кВ/см. Катод заземлений, а на анод з зовнішнього джерела подається позитивний потенціал.

 

Рис. 6 Схема установки для катодного розпилення

 

 

Електричне поле між катодом і анодом прискорює електрони, які утворюються в міжелектродному просторі в результаті фотоемісії з катода, автоелектронної (польової) емісії, дії космічного випромінювання або інших причин. Якщо енергія електронів перевищує енергію іонізації молекул робочого газу, то в результаті зіткнення електронів з молекулами виникає газовий розряд, тобто утворюється газорозрядна плазма. Для того, щоб електрон міг набрати необхідну для іонізації газу енергію, йому потрібно забезпечити мінімальну довжину вільного пробігу. Тільки при цій умові електрон, рухаючись без зіткнень, здатний збільшити свою енергію до потрібної величини.

Проте, якщо довжина вільного пробігу електронів стає рівною відстані між катодом і анодом, то основна частина електронів пролітатиме міжелектродний простір без зіткнень з молекулами робочого газу. Газорозрядна плазма згасне. Ці два чинники і визначають нижню і верхню межі тиску газу в камері.

Газорозрядна плазма складається з електронів, іонів і нейтральних молекул робочого газу. Іони під впливом електричного поля прискорюються і бомбардують катод-мішень. Якщо енергія іонів перевищує енергію зв'язку атомів мішені, то відбувається її розпилювання. Окрім вибивання атомів з поверхні мішені, іони здатні вибити з неї вторинні електрони (вторинна електронна емісія). Ці вторинні електрони прискорюються і іонізують молекули робочого газу; іони, що утворюються при цьому, бомбардують мішень, викликаючи вторинну електронну емісію, і процес повторюється. Таким чином, газовий розряд підтримує сам себе і тому називається самостійним тліючим розрядом.

При зростанні величини струму в газорозрядній плазмі, збільшується густина іонного потоку і інтенсивність розпилювання мішені. При деякій густині потоку, у залежності від умов охолоджування мішені, починає виявлятися термоелектронна емісія. Струм в розряді зростає, а сам розряд стає несамостійним, набуваючи характеру дугового розряду.

Для запобігання переходу самостійного тліючого розряду в дуговий високовольтне джерело живлення повинено мати обмеження по потужності, а мішень інтенсивно охолоджуватися.

Для опису процесів катодного розпилення мішені використовують моделі, засновані на двох механізмах. Згідно першого механізму розпилені атоми виникають в результаті сильного локального розігрівання поверхні мішені падаючими іонами (модель "гарячої плями") або швидкими вторинними частинками (модель "теплового клину"). Другий механізм полягає в передачі імпульсу падаючих іонів атомам решітки матеріалу мішені, які, у свою чергу, можуть передати імпульс іншим атомам решітки, викликавши тим самим каскад зіткнень (модель зіткнень).

Основною характеристикою ефективності процесу розпилення є коефіцієнт розпилення К_р, який визначається відношенням кількості вибитих атомів N_ат до кількості бомбардуючих мішень іонів N_іон:

.

По суті коефіцієнт розпилення є середнім числом атомів мішені, вибитих одним іоном. Коефіцієнт розпилення залежить від енергії іонів E_іон, його маси (роду робочого газу), матеріалу мішені і в деякій мірі від її температури і стану поверхні, кута бомбардування, тиску газу (за умови, що тиск не виходить за межі, при яких газорозрядна плазма гасне).

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову і принцип дії методу катодного розпилення.

2. Освоїти порядок виконання технологічних операцій по виготовленню тонких плівок катодного розпилення на установці ВУП-5М.

3. Отримати декілька зразків, використовуючи у якості мішені запропоновані матеріали.

4. Визначити товщину, рівномірність плівки по товщині, швидкість напилення.

 

Контрольні питання

1. Які фізичні принципи лежать в основі методу принцип дії методу катодного розпилення?

2. Від яких параметрів залежить швидкість напилення?

3. Що називається самостійним тліючим розрядом, які причини його винекнення?

4. Який метод напилення подібний до катодного розпилення дає більшу швидкість напилення та кращу контрольованість процесу?

 

 

Лабораторна робота № 3

ВиВЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ПРИНЦИПІВ

іонної очистки

 

Мета роботи: вивчення фізичних принципів іонної очистки, отримати практичні навички використання методу іонної очистки в установці ВУП-5М.

Елементи теорії. Іонно-плазмові методи набули широке поширення в технології електронних засобів завдяки своїй універсальності і ряду переваг в порівнянні з іншими технологічними методами. Універсальність визначається тим, що за їх допомогою можна здійснювати різні технологічні операції: формувати тонкі плівки на поверхні підкладки, стравлювати поверхню підкладки з метою створення на ній заданого рисунка інтегральної мікросхеми, здійснювати очистку поверхні.

У відповідності до вживаних засобів очищення ділять на рідинну і суху.

Рідинне очищення виконується органічними – розчинниками: різноманітними складами, що містять луги, кислоти, пероксид, та інші реактиви, водою.

Підібрати рідкий засіб, що одночасно видаляє всі можливі поверхневі забруднення, вельми складно, тому рідинне очищення включає ряд послідовних операцій.

Нерозчинні у воді органічні жирові забруднення роблять поверхню гідрофобною, тобто погано змочуваною водою і більшістю розчинів. Для рівномірного очищення поверхню підкладок (пластин) необхідно перевести в гідрофільний, тобто добре змочуваний водою, стан. Операція видалення жирових забруднень, супроводжувана переходом поверхні з гідрофобного стану в гідрофільний, називається знежиренням. Знежирення — перша операція при рідинному очищенні.

 

Рис. 7. Класифікація методів очищення і травлення пластин і підкладок

 

Сухе очищення застосовується на етапі формування елементів і міжелементних з'єднань мікросхем і, як правило, виконується безпосередньо перед проведенням відповідальних технологічних процесів (напилення плівок, літографія).

Методи сухого очищення виключають необхідність застосування дорогих і небезпечних в роботі рідких реактивів, а також проблеми міжопераційного зберігання пластин і підкладок і очищення стічних вод, що є важливими при використовуванні рідких засобів очищення.

Крім того, процеси сухого очищення більш керовані і легше піддаються автоматизації.

З точки зору механізму процесів всі методи очищення можна умовно розділити на фізичні і хімічні. При фізичних методах забруднення віддаляються простим розчиненням, відпалом, обробкою поверхні прискореними до великих енергій іонами інертних газів.

У тих випадках, коли забруднення не можна видалити фізичними методами, застосовують хімічні методи, при яких забруднення видаляють: їх заміщенням речовинами, що легко видаляються, переходом в легко розчинні комплексні з'єднання або травлінням пластин (підкладок). Травлення супроводжується видаленням поверхневого шару разом із забрудненнями, що є на поверхні. Травління не завжди має на меті очищення. Воно застосовується для розмірної обробки, видалення шарів з порушеною механічними обробками структурою, локального видалення шарів різних матеріалів при формуванні топології мікросхем, виявлення поверхневих дефектів напівпровідників і ін.

 

Методичні вказівки. Пристрій для іонного травлення (рис. 8) встановлюється на основу робочої камери установки ВУП-5М замість заглушки. Пристрій призначений для обробки поверхні об'єктів іонним бомбардуванням, стравлювання поверхневих шарів з метою отримання тонких об'єктів для безпосереднього вивчення на просвіт в електронному мікроскопі або з іншою метою.

Рис. 7. Пристрій для іонного травлення

 

Для подачі інертного газу в розрядну камеру передбачена система напуску, що складається з п’єзоелектричного вентиля та джерела живлення.

Після відкачки камери на високий вакуум вмикають високовольтний випрямляч, для чого потрібно натиснути кнопки «ВКЛ» та «ИТр» (іонне травлення). Регулятором «МОЩНОСТЬ І» встановити напругу 1 – 2 кV. Напустити у сильфон інертний газ (аргон). Закрити вентиль балона з газом.

Натиснути кнопку «ВКЛ (ТРАВЛЕНИЕ)» і ручкою «ТОК ИТр», при наявності газа у сильфоні (сильфон розтягнутий) здійснити регулювання подачі газа до моменту загорання розряду. Після цього, регулюючи величину напруги і кількість газу, встановити потрібний режим травлення. Величину напруги контролювати за індикаторним пристроєм «НАПРЯЖЕНИЕ», величину розрядного току – за індикаторним пристроєм «ТОК». Відключення пристрою здійснювати у зворотному порядку. Ручки регуляторів «МОЩНОСТЬ І» і «ТОК ИТр» поставити у крайнє ліве положення, відключити високовольтний випрямляч (для цього необхідно відтиснути кнопку «ВКЛ» випаровувачів). Відтиснути кнопки «ИТр» випаровувачів і «ВКЛ (ТРАВЛЕНИЕ)».

Обробка об'єктів може здійснюватися при температурі столика об'єктів від (20 + 5) °С до мінус 160 °С.

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову і принцип дії пристрою для іонного травлення установки ВУП-5М.

2. Освоїти порядок виконання технологічних операцій з проведення іонного травлення.

3. Провести іонне травлення запропонованих зразків..

Контрольні питання

1. Навіщо потрібно використовувати іонну очистку?

2. Які фізичні принципи лежать в основі методу іонної очистки?

3. Наведіть класифікацію методів, що можуть бути застосовані для  очищення і травлення пластин та підкладок.

 

Література

 

 

1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. – М: Радио и связь, 2007 - 464 с.

2. Технология СБИС. В 2 кн. Под ред. С.Зи. – М: Мир, 2006. - 786 с.

3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. – М: Радио и связь, 2001. - 528 с.

 

Лабораторна робота № 4

Конструкція установок «АНГА-1» і "Плазмовий котел" та технологія отримання зносо- і корозійностійких покриттів

іонно-плазмовим методом

 

Мета роботи: ознайомитись з призначенням, конструкцією та технічними характеристиками установки плазмового напилення «АНГА-1» та установки вакуумного напилення дугової УВНД-80-М «Плазмовий котел», отримати навички визначення твердості виробів до і після отримання на них покриття.

Обладнання: вакуумно-плазмова установка АНГА-1, прилад ТБ 5004, оптичний мікроскоп МПБ-2, штангенциркуль, мікрометр.

 

Елементи теорії.

Призначення установки АНГА

У роботі установки АНГА-1 використано іонно-плазмовий метод нанесення покриття у вакуумі із застосуванням низьковольтної дуги, що підпалюється між катодом-випаровувачем і підкладкою виробу, на який наноситься покриття.

Установка призначена для нанесення зносостійких, антифрикційних, провідникових та інших покриттів на металеві, порцелянові, керамічні і пластмасові вироби (у вигляді сипучих тіл).

Джерело плазми

Метод КІБ (конденсації і іонного бомбардування) ґрунтується на випаровуванні металу з поверхні катоду катодною плямою плазмової дуги. Завдяки високій концентрації енергії на катодній плямі можливе випаровування електропровідних матеріалів, у тому числі тугоплавких металів ІV – VІ груп періодичної системи елементів.

Для нормальної роботи випаровувача необхідно обмежити область переміщення катодної плями по поверхні катоду. Це досягається використанням магнітного поля. Відомо, що катодна пляма електричної дуги за наявності зовнішнього магнітного поля зміщується у напрямку нахилу силових ліній до поверхні катоду. Якщо форма катоду та орієнтація зовнішнього магнітного поля такі, що силові лінії нахилені до бічної поверхні катоду, то катодна пляма не вийде за межі торця катоду. Робоча поверхня катоду у процесі роботи набуває форми, при якій силові лінії поля перпендикулярні до неї.

Методом КІБ можна наносити зносостійкі, декоративні, корозійностійкі та інші покриття на металеві і неметалеві матеріали, крім тих, що містять цинк і кадмій. Поверхня, що покривається, повинна бути плоскою або випуклою без різких перепадів і переходів, не повинна мати підпалин та тріщин. Товщина покриття, що наноситься, як правило складає одиниці мікрон. Поверхня зразка, що не покривається, повинна легко очищуватися.

 

Технологічний процес отримання покриття будь-якого призначення на установці АНГА-1 складається з наступних чотирьох етапів:

1 етап – попередня підготовка виробів і завантаження їх у вакуумну камеру;

2 етап – герметизація робочого об'єму, проведення очистки поверхні виробів тліючим розрядом у середовищі інертного газу і розігрів виробу з допомогою резистивного нагрівача, розташованого у робочій камері;

3 етап – напуск у робочу камеру реагентного газу і плазмохімічне осадження зносостійкого (або будь-якого іншого функціонального) покриття;

4 етап – охолодження виробу з покриттям і вивантаження його з вакуумної камери.

 

Порядок виконання роботи

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно підготувати зразки, на які буде наноситись покриття.

1. Ознайомитись з конструкцією та принципом роботи установок «АНГА-1» та «Плазмовий котел».

1. На пристрої ТБ 5004 виміряти твердість зразків до нанесення на них покриття. Величину навантаження і час навантаження вказує викладач або лаборант. Змінені значення занести до таблиці 1. Опис пристрою і порядок роботи на ньому наведені у додатку.

2. Зробити у зошиті ескіз зразків, на яких вказати розміри. Виміри проводити з допомогою штангенциркуля, а товщину зразків виміряти мікрометром.

3. На деталі встановити контрольні маски, помістити деталі у вакуумну камеру і виконати напилення покриття в установці АНГА-1. У відповідності з інструкцією до роботи на установці АНГА-1 зробити очистку зразків у тліючому розряді і нанести покриття з нітриду титана або карбіда титана.

4. Охолодити деталі у вакуумі до заданої температури і вийняти їх з робочої камери вакуумно-плазмової установки.

5. Виміряти з допомогою штангенциркуля розміри площадки з покриттям на поверхні зразка, а з допомогою мікрометра виміряти товщину зразка з покриттям.

6. Виміряти твердість зразків з покриттями, дані занести до таблиці.

7. Порівняти отримані результати для зразків з покриттям і без покриття.

 

Таблиця 1. Значення виміряних діаметрів відтисків і твердості

Номер зразка
Характеристика зразка (з покриттям, без покриття)
Величина навантаження, Н (кг)
Час прикладання навантаження, с	5	10	15	20	25
Діаметр відбитку, мм
Значення твердості, кГ/мм2(МПа)

 

Контрольні питання

1. Які фізичні процеси лежать в основі КІБ?

2. Дати характеристику режимам роботи установок «АНГА-1» і «Плазмовий котел».

3. Які фактори впливають на тип покриття, що конденсується?

4. Від чого залежить адгезія покриття до поверхні деталі?

 

 

Додаток 1

Література

 

1. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процесы и установки электронно-ионной технологии. – М.: Высшая школа, 1988. – 255 с.

2. Ройх И.Л., Колтунова Л.Н., Федосов С.Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме. – М.: Машиностроение, 1976. – 368 с.

3. Кульментьева О.П. Методические указания к лабораторним работам. – Суми: СумДУ, 1997. – 22 с.

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт

з курсу:

ОСНОВИ ПУЧКОВИХ І ПЛАЗМОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

для студентів денної форми навчання

спеціальності

7.090802 – електронні прилади і пристрої

 

 

Суми 2011

 

Укладачі: Великодний Д.В., Степаненко А.О.

Лабораторна робота № 1

Вивчення фізичних основ Методу магнетронного розпилення

 

Мета роботи: вивчення фізичних принципів магнетронного розпилення, отримання практичних навичок роботи з приставкою для магнетронного розпилення установки ВУП-5М.

 

Елементи теорії. Основним елементом магнетронних розпилювальних систем (МРС) є катод-мішень, анод і магнітна система. Розпилювальні системи класифікують за 3-ма основними типами: системи з циліндричним катодом, системи з плоским катодом і кільцевим катодом S-типу.

Розглянемо принцип дії на прикладі магнетрону з плоскою мішенню (рис.1).

 

Рис. 1. Схема магнетронної розпилювальної системи з плоским катодом: 1 – катод-мішень; 2 – магнітна система; 3 – анод; 4 – підкладка; 5 – зона розпилення

Якщо між анодом (3) і катодом (1) діє постійна напруга, то в області між ними виникає неоднорідне електричне поле , яке збуджує аномальний тліючий розряд у середовищі робочого газу (за звичай чистого Аr). Іони, що утворилися, бомбардують катод. Бомбардування катода іонами призводить до двох основних ефектів: емісії електронів і розпилення поверхні катода-мішені. Емітовані з катоду під дією іонного бомбардування електрони прискорюються електричним полем  і починають рухатися у напрямку до аноду. При наявності магнітного поля  на заряджену частку з розрядом q, що рухається зі швидкістю , діє сила Лоренца

 

                                ,                          (1)

яка змінює напрям руху електронів. При цьому електрони починають рухатися по складним циклоїдальним траєкторіям біля поверхні катода-мішені. Електрони стають ніби у пастці, що створюється дією двох складових сили , обумовлених з однієї сторони електричним, з іншої – магнітним полем. При своєму русі електрони здійснюють по декілька іонізуючих зіткнень з атомами робочого газу до тих пір, доки не анігілюються з іонами плазми. Такий циклоїдальний рух електронів суттєво збільшує ефективність процесу іонізації, причому максимальна щільність плазми стає сконцентрованою біля поверхні катода-мішені в області між полюсами магнітного поля. Це обумовлює збільшення інтенсивності іонного бомбардування поверхні мішені і значний ріст швидкості розпилення, а, в кінці кінців, швидкості осаджування атомів на поверхні підкладки (4). У результаті цього на поверхні катода утворюється канавка (5) (ерозія поверхні).

Важливою перевагою методу магнетронного розпилення є відсутність бомбардування підкладки високоенергетичними вторинними електронами через їх захват магнітною пасткою. Це дозволяє уникнути перегрівання поверхні підкладки (4), і, відповідно, дає можливість напилювати плівки на матеріали з низькою термостійкістю, причому з високою швидкістю осаджування. Цей факт має велике значення для сучасних технологій зважаючи на широке використання полімерів і композитних матеріалів. Зокрема, в мікроелектроніці і комп'ютерній техніці широко використовуються такі матеріали як поліметилметакрілат (ПММА), поліімід, поліетилентерефталат, металополімерні плівки тощо, які мають температури пом'якшення і деструкції в діапазоні від 70 до 250 ºС.

Для магнетронних систем основними джерелами нагрівання підкладки стають:

- кінетична енергія осаджуваних атомів (5 – 20 еВ/атом);

- енергія конденсації розпилених атомів (3 – 9 еВ/атом);

- випромінювання плазми (2 – 10 еВ/атом).

Сумарна теплова енергія, що розсіюється на підкладці, а, відповідно, і температура підкладки залежать не тільки від конструкції і режимів розпилювальної системи, а й від матеріалу, що розпилюється. Типові значення сумарної теплової енергії змінюються від 10 до 70 еВ/атом, а температура підкладки при цьому, в залежності від осаджуваних атомів, знаходиться в межах від 70 до 200 ºС.