半导体增材技术目前最先进的实现方式是磁控溅射。通过磁场提高溅射率的基本原理由Penning在60多年前发明，后来由Kay和其他人发展起来，并研制出溅射枪和柱式磁场源。1979年Chapin引入了平面磁控结构。磁控溅射属于PDV (物理气相沉积)三种基本方法:真空蒸发、溅射、离子镀(空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀)中的一种。
磁控溅射技术已经发展成为制备超硬、耐磨、低摩擦系数、耐蚀、装饰以及光学、电学等功能性薄膜的一种不可替代的方法。
（磁控溅射工作原理示意图）
磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E (电场) XB (磁场)所指的方向漂移，简称EX B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar正离子来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
从一般的金属靶材溅射、反应溅射、偏压溅射等,伴随着工业需求及新型磁控溅射技术的出现,低压溅射、高速沉积、自支撑溅射沉积、多重表面工程以及脉冲溅射等新型工艺成为目前该领域的发展趋势。低压溅射的关键问题是在低压(一般是指<011Pa)下,电子与气体原子的碰撞几率降低,在常规磁控溅射技术中,不足以维持靶材表面的辉光放电,导致溅射沉积无法继续进行。通过优化磁场设计,使得电子空间运动距离延长,非平衡磁控溅射技术可以实现在10-2Pa级的真空下进行溅射沉积。另外,通过外加电磁场约束电子运动可以实现更低压强下的溅射沉积。进行高速沉积可以极大的提高工作效率、减少工作气体消耗以及获得新型膜层。实现高速沉积主要需要解决的问题是在提高靶材电流密度的同时,不会产生弧光放电;由于功率密度的提高,靶材、衬底的冷却能力需要相应提高等。目前,已经实现了靶材功率密度超过100W/cm2,沉积速率超过1μm/min。利用高速沉积在替代传统电镀方面具有诱人前景。高速沉积过程中,通过提高溅射粒子的离化率,可以实现不通入工作气体也能够维持放电沉积,即形成自支撑溅射沉积。自支撑溅射沉积在提高薄膜与基体结合力、消除薄膜内部缺陷、制备高纯薄膜等方面具有重要作用。磁控溅射技术与其他表面工程技术结合是磁控溅射技术发展的又一主要方向。尽管磁控溅射技术具有诸多优点,但是目前在工业表面工程领域占据的份额仍然很少,传统表面技术仍然占据主导地位。影响其应用的一个主要原因是衬底材料如低合金钢、钛合金太软无法与溅射技术获得的超硬等功能薄膜匹配。相对于非常硬的涂层,衬底太软无法承受载荷压力。反之,对于耐腐蚀场合,针眼状缺陷会导致涂层失效。为克服此类问题,发展了多重表面工程技术,即利用几种表面工程技术依次对材料进行表面改性,获得的表面改性层具有单一表面技术无法比拟的优点。首先进行N化,然后进行溅射沉积是一个的典型例子,N化提供500μm厚、硬度达10GPa的亚表面,然后沉积3～5μm的TiN;TiN提供材料高的耐磨能力,N化层提供高的承载及耐疲劳能力。
