Υπό την επίδραση αμοιβαία κάθετων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, τα ηλεκτρόνια κινούνται με κυκλοειδή τρόπο και συνδέονται με την επιφάνεια στόχο, γεγονός που παρατείνει την τροχιά τους στο πλάσμα και αυξάνει τη συμμετοχή τους στη διαδικασία σύγκρουσης και ιονισμού μορίων αερίου, ιονίζοντας περισσότερα ιόντα και βελτιώνοντας τον ρυθμό ιοντισμού του αερίου. Η εκκένωση μπορεί να διατηρηθεί ακόμη και υπό χαμηλότερη πίεση αερίου. Επομένως, η διασκορπισμός με μαγνητρόνιο όχι μόνο μειώνει την πίεση του αερίου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιμετάλλωσης, αλλά βελτιώνει επίσης την απόδοση της επιμετάλλωσης και τον ρυθμό εναπόθεσης.
Ωστόσο, η εξισορροπημένη επιμετάλλωση μαγνητρονίων έχει επίσης τα μειονεκτήματά της. Για παράδειγμα, λόγω του μαγνητικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια που παράγονται από την εκκένωση λάμψης και τα διασκορπισμένα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια περιορίζονται στενά στην περιοχή της επιφάνειας στόχου από το παράλληλο μαγνητικό πεδίο. Η περιοχή του πλάσματος περιορίζεται έντονα σε μια περιοχή περίπου 60 mm στην επιφάνεια στόχο. Καθώς η απόσταση από την επιφάνεια στόχο αυξάνεται, η συγκέντρωση στο πλάσμα μειώνεται γρήγορα. Σε αυτό το σημείο, το τεμάχιο εργασίας μπορεί να τοποθετηθεί μόνο σε εύρος 50–100 mm στην επιφάνεια στόχου μαγνητρόν για να ενισχυθεί η επίδραση του βομβαρδισμού ιόντων.
Αυτή η σύντομη αποτελεσματική περιοχή επίστρωσης περιορίζει τις γεωμετρικές διαστάσεις του προς επικάλυψη τεμαχίου, καθιστώντας το ακατάλληλο για μεγαλύτερα τεμάχια εργασίας ή φορτία κλιβάνου, περιορίζοντας έτσι την εφαρμογή της τεχνολογίας sputtering magnetron. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της εξισορροπημένης διασκορπισμού μαγνητρονίων, τα εκτοξευόμενα σωματίδια στόχου έχουν χαμηλότερη ενέργεια, με αποτέλεσμα κακή ισχύ σύνδεσης του υποστρώματος του φιλμ-. Τα άτομα χαμηλής-αποτιθέμενης ενέργειας έχουν χαμηλή κινητικότητα στην επιφάνεια του υποστρώματος, σχηματίζοντας εύκολα πορώδη, τραχιά, στηλώδη λεπτά φιλμ. Ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας του τεμαχίου μπορεί να βελτιώσει τη δομή και τις ιδιότητες του φιλμ, σε πολλές περιπτώσεις, το ίδιο το υλικό του τεμαχίου δεν μπορεί να αντέξει την απαιτούμενη υψηλή θερμοκρασία.
Η εμφάνιση αστάθμητου επιβραδυντικού μαγνητρονίου ξεπερνά εν μέρει τις προαναφερθείσες-αδυναμίες. Κατευθύνει το πλάσμα από την επιφάνεια-στόχο της καθόδου σε μια περιοχή 200–300 mm μπροστά από τον στόχο εκτόξευσης, βυθίζοντας το υπόστρωμα στο πλάσμα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Με αυτόν τον τρόπο, από τη μία πλευρά, τα άτομα και τα σωματίδια που έχουν διασκορπιστεί εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν ένα λεπτό φιλμ. Από την άλλη πλευρά, το πλάσμα βομβαρδίζει το υπόστρωμα με μια ορισμένη ενέργεια, ενεργώντας ως υποβοηθούμενος με δέσμη ιόντων- παράγοντας εναπόθεσης, βελτιώνοντας σημαντικά την ποιότητα του φιλμ.
Ανισόρροποςσυστήματα ψεκασμού μαγνητρονίωνέχουν δύο δομές. Ένας τύπος έχει υψηλότερη ένταση μαγνητικού πεδίου στον πυρήνα από ότι στον εξωτερικό δακτύλιο και οι γραμμές μαγνητικού πεδίου δεν είναι κλειστές, έλκονται προς το τοίχωμα του θαλάμου κενού, με αποτέλεσμα χαμηλή πυκνότητα πλάσματος στην επιφάνεια του υποστρώματος. Επομένως, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σπάνια. Μια άλλη μέθοδος περιλαμβάνει μια ένταση μαγνητικού πεδίου εξωτερικού δακτυλίου μεγαλύτερη από την ένταση του μαγνητικού πεδίου του πυρήνα. Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου δεν σχηματίζουν έναν εντελώς κλειστό βρόχο, με ορισμένες από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου του εξωτερικού δακτυλίου να εκτείνονται στην επιφάνεια του υποστρώματος. Αυτό επιτρέπει σε ορισμένα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια να διαφύγουν από την περιοχή της επιφάνειας στόχου κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου και να συγκρούονται με ουδέτερα σωματίδια, ιονίζοντάς τα.
Το πλάσμα δεν περιορίζεται πλέον εντελώς στην περιοχή της επιφάνειας στόχου, αλλά μπορεί να φτάσει στην επιφάνεια του υποστρώματος, αυξάνοντας περαιτέρω τη συγκέντρωση ιόντων στην περιοχή εναπόθεσης και αυξάνοντας την πυκνότητα ρεύματος ιόντων υποστρώματος, φθάνοντας τυπικά πάνω από 5 mA/cm². Με αυτόν τον τρόπο, η πηγή διασκορπισμού λειτουργεί επίσης ως πηγή ιόντων που βομβαρδίζει την επιφάνεια του υποστρώματος. Η πυκνότητα ρεύματος της δέσμης ιόντων υποστρώματος είναι ανάλογη με την πυκνότητα του ρεύματος στόχου. Η αυξημένη πυκνότητα ρεύματος στόχου οδηγεί σε υψηλότερο ρυθμό εναπόθεσης, ενώ η αυξημένη πυκνότητα ρεύματος δέσμης ιόντων υποστρώματος παρέχει ένα ορισμένο αποτέλεσμα βομβαρδισμού στην επιφάνεια του εναποτιθέμενου φιλμ.
Ο μη ισορροπημένος βομβαρδισμός ιόντων διασκορπισμού μαγνητρόν μπορεί να καθαρίσει το στρώμα οξειδίου και άλλες ακαθαρσίες στο τεμάχιο εργασίας πριν από την επίστρωση, να ενεργοποιήσει την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας και να σχηματίσει ένα ψευδο-στρώμα διάχυσης στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, το οποίο βοηθά στη βελτίωση της πρόσφυσης μεταξύ του φιλμ και της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επίστρωσης, ο βομβαρδισμός ενεργητικών φορτισμένων σωματιδίων μπορεί να επιτύχει τον σκοπό της τροποποίησης της μεμβράνης. Για παράδειγμα, ο βομβαρδισμός ιόντων τείνει να αποκολλήσει χαλαρά συνδεδεμένα και προεξέχοντα σωματίδια από το φιλμ, διακόπτοντας την κυρίαρχη ανάπτυξη της κρυσταλλικής ή συμπυκνωμένης κατάστασης του φιλμ, παράγοντας έτσι ένα πιο πυκνό, πιο ομοιόμορφο και πιο ομοιόμορφο φιλμ και μπορεί να εναποθέσει επικαλύψεις υψηλής απόδοσης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Η εφαρμογή της τεχνολογίας εναπόθεσης κενού με διασκορπισμό μη ισορροπημένου μαγνητρονίου έχει λύσει το πρόβλημα της εναπόθεσης πυκνών και πολύπλοκων μεμβρανών που συναντώνται στην εξισορροπημένη διασκορπισμό μαγνητρονίων. Ωστόσο, είναι δύσκολο να εναποτεθούν ομοιόμορφα φιλμ σε πολύπλοκα υποστρώματα χρησιμοποιώντας έναν μόνο μη ισορροπημένο στόχο μαγνητρόν. Επιπλέον, καθώς τα ηλεκτρόνια πετούν προς το υπόστρωμα, ορισμένα ηλεκτρόνια απορροφώνται στα τοιχώματα του θαλάμου κενού καθώς η ένταση του μαγνητικού πεδίου εξασθενεί, οδηγώντας σε μείωση των συγκεντρώσεων ηλεκτρονίων και ιόντων. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι ερευνητές ανέπτυξαν συστήματα διασκορπισμού πολλαπλών-μη ισορροπημένων μαγνητρονίων πολλαπλών στόχων για να ξεπεράσουν τα μειονεκτήματα της αστάθειας μεμονωμένου-μαγνήτρον. Τα συστήματα διασκορπισμού πολλαπλών-μη ισορροπημένων στόχων μαγνητρονίων μπορούν να χωριστούν σε κλειστό μαγνητικό πεδίο μη ισορροπημένο μάγνητρο sputtering με γειτονικούς μαγνητικούς πόλους αντίθετους ο ένας στον άλλο και καθρέφτη μαγνητικού πεδίου ανισόρροπο μάγνητρο διασκορπισμού με παρακείμενους μαγνητικούς πόλους πανομοιότυπους μεταξύ τους, όπως φαίνεται στην εικόνα για διπλό-μαγνητικό πεδίο στόχου{8}}μαγνητικό κλειστό πεδίο.
Συγκρίνοντας τις κατανομές μαγνητικού πεδίου των ζευγών στόχων κλειστού-μη-πεδίου μη ισορροπίας και των ζευγών στόχου κατοπτρισμού, μπορεί να φανεί ότι η διαφορά μαγνητικού πεδίου δεν είναι σημαντική κοντά στην επιφάνεια στόχο. Το εγκάρσιο μαγνητικό πεδίο μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού μαγνητικού πόλου περιορίζει τα ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας μια εξαιρετικά ιονισμένη περιοχή καθόδου πλάσματος. Μέσα σε αυτή την περιοχή, τα θετικά ιόντα διασκορπίζουν έντονα και χαράσσουν την επιφάνεια στόχο, εκτοξεύοντας μεγάλο αριθμό σωματιδίων στόχου που πετούν προς την επιφάνεια του υποστρώματος. Στους μαγνητικούς πόλους του εσωτερικού και του εξωτερικού δακτυλίου, ειδικά στους ισχυρότερους μαγνητικούς πόλους του εξωτερικού δακτυλίου, κυριαρχεί το διαμήκη μαγνητικό πεδίο, καθιστώντας το κύριο κανάλι για τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια να διαφύγουν από την επιφάνεια στόχο.
Αυτό γίνεται το κύριο κανάλι για τη μεταφορά φορτισμένων σωματιδίων στην περιοχή επικάλυψης. Η σύγκριση της κατανομής του μαγνητικού πεδίου των κλειστών μαγνητικών πεδίων και των κατοπτρικών μαγνητικών πεδίων εντός της περιοχής επικάλυψης αποκαλύπτει μια σημαντική διαφορά. Για ζεύγη στόχων καθρέφτη, λόγω της αμοιβαίας απώθησης μεταξύ των δύο μαγνητικών πεδίων-στόχων, τα διαμήκη μαγνητικά πεδία αναγκάζονται να κάμπτονται προς τα έξω από την περιοχή επικάλυψης (τοίχωμα θαλάμου κενού), με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια να οδηγούνται στο τοίχωμα του θαλάμου κενού και να χάνουν, μειώνοντας έτσι τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων και στη συνέχεια.
Επειδή η μέθοδος του μαγνητικού πεδίου με καθρέφτη δεν μπορεί να περιορίσει αποτελεσματικά τα ηλεκτρόνια, η απόδοση εκτόξευσης πλάσματος δεν βελτιώνεται. Αντίθετα, το διαμήκη μαγνητικό πεδίο ενός ζεύγους στόχου κλειστού μαγνητικού πεδίου που δεν -ισορροπεί είναι κλειστό εντός της περιοχής επικάλυψης. Εφόσον η ισχύς του μαγνητικού πεδίου είναι επαρκής, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται μόνο μεταξύ της περιοχής επικάλυψης και των δύο στόχων, αποφεύγοντας την απώλεια ηλεκτρονίων και αυξάνοντας έτσι τη συγκέντρωση ιόντων στην περιοχή επικάλυψης, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση της επικάλυψης.
