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常规永磁磁控溅射阴极在镀膜过程中，无法实现对磁场强度和非平衡度的调节，影响了对最优化镀膜工艺的探究。复合式磁控溅射阴极采用永磁和电磁复合励磁，靶面磁场强度和非平衡度可以灵活调节，非常适用于制备各种功能薄膜。对复合式磁控溅射阴极的放电机理、等离子体仿真和测试、磁体设计、镀膜工艺等基础问题进行研究，具有重要的理论和实际意义。本文基于对复合式磁控溅射阴极的应用基础研究，将阐明磁场强度和非平衡度对放电等离子体的影响规律，掌握复合式磁控溅射阴极的设计技术。本文主要研究了复合式磁控阴极设计、等离子体放电仿真和实验等，具体如下所列: 1.针对复合式磁控溅射阴极对磁场强度和非平衡度大范围可调的要求，本文提出一种附加中部磁轭分流的圆形平面永磁电磁复合式磁控溅射阴极结构;首先测试了磁轭材料的磁化性能，然后建立复合式磁控溅射阴极的二维轴对称模型，通过有限元算法对靶面磁场进行了计算;根据靶材利用率最大为目标函数，选择模拟退火算法和遗传算法为优化方法，采用COMSOL和MATLAB相结合对复合式磁控溅射阴极进行优化，研究了线圈电流对磁场强度和非平衡度的调节效果。 2.基于设计的复合式磁控溅射阴极结构，建立磁控放电等离子体的二维PIC-MCC模型，采用自洽粒子模拟方法，结合VSim软件对不同强度和非平衡度磁场下的放电等离子体进行模拟。研究放电等离子体在不同强度和非平衡度磁场下的电势分布、密度分布及阴极靶材的刻蚀形貌分布，掌握圆形平面复合式磁控溅射放电等离子体的模拟方法，获得磁场强度和非平衡度对等离子体的影响规律。 3.在对阴极磁体设计和等离子体放电模拟研究的基础上，基于优化结果制造了六英寸样机，测试了阴极温度分布、磁场分布和放电形貌，实验研究了磁场强度和非平衡度对放电等离子体的影响，验证了设计和仿真的正确性。