磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技术之一,尤其适合于大面积镀膜生产。生产中需特别关注靶材利用率、沉积速率以及溅射过程稳定性等方面的问题,其根本在于整个系统的优化设计,靶设计则是其中的关键环节。国外在靶分析和设计方面优势明显,已经实现专业化和产业化;国内从事该方面系统研究的还很少,企业也都基本处于购买及仿制阶段,因此相关问题的研究将具有重要的学术和实践价值。在现有磁控溅射镀膜设备基础上,通过高反射率多层膜工艺实验,使工艺与设备的矛盾显露出来,反映出系统在靶(阴极)、布气、控制、传动和真空等方面存在问题;设计相关实验,重点讨论了靶材刻蚀不均匀、膜层沉积速率低和均匀性不好等问题出现的原因,提出了解决的思路和方法,根据电磁场分布来判断设计结构是否合理。通过磁场的有限元模拟,第一次系统分析了靶的各个结构参数对靶面磁场均匀性和强度的影响,并且给出了各部分的设计原则。分析指出什么才是理想的横向磁场分布,引入非均匀性系数来描述靶面磁场的纵向均匀性,由此引出理想的纵向均匀性、端部和理想的端部均匀性等概念,通过横向、纵向和端部均匀性完整描述了靶面磁场的均匀性;可以忽略极靴形状对靶面磁场分布的影响;结合导磁片和内外磁极高度差调整设计出优化结构,能够实现理想的横向磁场分布,同时证明简化结构不可行;提出极座结构,结合内外磁极高度差调整能够显著提高靶面磁场强度;设计出两种新的磁钢排布结构,即内径一致结构和外径一致结构,两者各有优缺点,其在靶面磁场强度、纵向以及端部均匀性方面优于现有结构。将外径一致结构用于现有磁控溅射镀膜设备,设计并加工出实际的改造结构。该结构能有效提高靶面刻蚀均匀性,消除端部拐弯处刻蚀严重的现象,进而“相对”延长靶的寿命;同时也验证了通过均匀磁场分布来提高靶面刻蚀均匀性这一方法的合理性。为增加靶面横向刻蚀区域的宽度并降低靶的工作电压,加装导磁片结构。该结构能增加靶面横向刻蚀区域宽度,缩小端部与中部水平磁场之间的差别;如果安装不合理,将会使工<WP=4>作电压升高,甚至造成无法起弧。最后,通过分析现有双靶结构存在的问题,设计并加工出了新的双靶结构。就磁控溅射镀膜中的部分问题作了初步探讨,包括布气系统特性及其设计规则;拓展PEM(1)应用范围,尝试将其用于布气系统性能测试和PID参数调整,建议在大靶溅射中使用PEM多通道控制布气;第一次将反应气体分布成功引入到反应溅射过程的模拟当中;将工作点自稳定性参数推广到靶电压控制和PEM控制,可以尝试将其用于控制系统特性的研究。