Под въздействието на взаимно перпендикулярни електромагнитни полета, електроните се движат по циклоидален начин и се свързват с целевата повърхност, което удължава тяхната траектория в плазмата и увеличава тяхното участие в процеса на сблъсък и йонизация на газовите молекули, йонизирайки повече йони и подобрявайки скоростта на йонизация на газа. Разреждането може да се поддържа дори при по-ниско налягане на газа. Следователно магнетронното разпрашване не само намалява налягането на газа по време на процеса на разпрашаване, но също така подобрява ефективността на разпрашаване и скоростта на отлагане.
Балансираното магнетронно разпръскване обаче има и своите недостатъци. Например, поради магнитното поле, електроните, генерирани от тлеещ разряд, и разпръснатите вторични електрони са плътно ограничени в близост до целевата повърхност от паралелното магнитно поле. Плазмената област е силно ограничена до площ от приблизително 60 mm върху целевата повърхност. С увеличаване на разстоянието от целевата повърхност, плазмената концентрация намалява бързо. В този момент детайлът може да бъде поставен само в диапазон от 50–100 mm върху целевата повърхност на магнетрона, за да се подобри ефектът от йонното бомбардиране.
Тази къса ефективна зона на покритие ограничава геометричните размери на обработвания детайл, който ще бъде покрит, което го прави неподходящ за по-големи детайли или натоварвания в пещта, като по този начин ограничава приложението на технологията за магнетронно разпръскване. Освен това, по време на балансирано магнетронно разпръскване, изхвърлените целеви частици имат по-ниска енергия, което води до лоша сила на свързване на филм-субстрата. Отложените атоми с ниска-енергия имат ниска подвижност върху повърхността на субстрата, като лесно образуват порести, грапави, колоновидни тънки филми. Докато повишаването на температурата на детайла може да подобри структурата и свойствата на филма, в много случаи самият материал на детайла не може да издържи на необходимата висока температура.
Появата на небалансирано магнетронно разпръскване частично преодолява горе-споменатите недостатъци. Той насочва плазмата от повърхността на катодната мишена в диапазон от 200–300 mm пред целта за разпръскване, потапяйки субстрата в плазмата, както е показано на фигурата. По този начин, от една страна, разпръснатите атоми и частици се отлагат върху повърхността на субстрата, за да образуват тънък филм; от друга страна, плазмата бомбардира субстрата с определена енергия, действайки като йонен лъч-подпомогнат агент за отлагане, което значително подобрява качеството на филма.
Неуравновесенсистеми за магнетронно разпръскванеимат две структури. Един тип има по-висока сила на магнитното поле в сърцевината, отколкото във външния пръстен, и линиите на магнитното поле не са затворени, теглени към стената на вакуумната камера, което води до ниска плътност на плазмата върху повърхността на субстрата. Следователно този метод се използва рядко. Друг метод включва сила на магнитното поле на външния пръстен, по-висока от силата на магнитното поле на ядрото. Линиите на магнитното поле не образуват напълно затворен контур, като някои от линиите на магнитното поле на външния пръстен се простират до повърхността на субстрата. Това позволява на някои вторични електрони да избягат от целевата повърхностна област по линиите на магнитното поле и да се сблъскат с неутрални частици, като ги йонизират.
Плазмата вече не е напълно ограничена до целевата повърхностна област, но може да достигне повърхността на субстрата, като допълнително увеличава концентрацията на йони в зоната на отлагане и повишава плътността на йонния ток на субстрата, като обикновено достига над 5 mA/cm². По този начин източникът на разпрашаване също действа като йонен източник, бомбардиращ повърхността на субстрата. Плътността на тока на йонния лъч на субстрата е пропорционална на плътността на целевия ток. Повишената плътност на целевия ток води до по-висока скорост на отлагане, докато увеличената плътност на тока на йонния лъч на субстрата осигурява известен ефект на бомбардиране върху повърхността на отложения филм.
Небалансираното магнетронно разпръскващо йонно бомбардиране може да почисти оксидния слой и други примеси върху детайла преди нанасяне на покритие, да активира повърхността на детайла и да образува псевдо-дифузионен слой върху повърхността на детайла, което спомага за подобряване на адхезията между филма и повърхността на детайла. По време на процеса на нанасяне на покритие, бомбардирането на енергийно заредени частици може да постигне целта за модифициране на филма. Например, йонното бомбардиране има тенденция да отлепи хлабаво свързаните и изпъкнали частици от филма, прекъсвайки доминиращия растеж на кристалното или кондензирано състояние на филма, като по този начин произвежда по-плътен, по-равномерен и по-равномерен филм и може да отложи високо{3}}покрития при по-ниски температури.
Прилагането на технология за вакуумно отлагане с небалансирано магнетронно разпрашване реши проблема с отлагането на плътни и сложни филми, срещани при балансирано магнетронно разпрашване. Трудно е обаче да се отложат еднакви филми върху сложни субстрати, като се използва единична небалансирана магнетронна цел. Освен това, докато електроните летят към субстрата, някои електрони се адсорбират върху стените на вакуумната камера, тъй като силата на магнитното поле отслабва, което води до намаляване на концентрациите на електрони и йони. За да се справят с това, изследователите са разработили много-целеви небалансирани магнетронни разпръскващи системи, за да преодолеят недостатъците на едно-целевото небалансирано магнетронно разпръскване. Системите за небалансирано магнетронно разпръскване с множество-цели могат да бъдат разделени на затворено магнитно поле, небалансирано магнетронно разпръскване със съседни магнитни полюси, противоположни един на друг, и небалансирано магнетронно разпръскване с огледално магнитно поле със съседни магнитни полюси, идентични един на друг, както е показано на фигурата за двойно-мишеново затворено магнитно поле и двойно-мишеново огледално магнитно поле.
Сравнявайки разпределенията на магнитното поле на не-неравновесни двойки мишени със затворено{0}}поле и двойки огледални мишени, може да се види, че разликата в магнитното поле не е значителна близо до повърхността на мишената. Напречното магнитно поле между вътрешния и външния магнитни полюси ограничава електроните, образувайки силно йонизирана плазмена катодна област. В рамките на тази област положителните йони силно разпръскват и ецват целевата повърхност, разпръсквайки голям брой целеви частици, които летят към повърхността на субстрата. При магнитните полюси на вътрешния и външния пръстен, особено при по-силните магнитни полюси на външния пръстен, надлъжното магнитно поле доминира, превръщайки се в основен канал за вторичните електрони, за да избягат от целевата повърхност.
Това става основният канал за транспортиране на заредени частици до зоната на покритие. Сравняването на разпределението на магнитното поле на затворени магнитни полета и огледални магнитни полета в областта на покритието разкрива значителна разлика. За двойки огледални мишени, поради взаимното отблъскване между двете целеви магнитни полета, надлъжните магнитни полета са принудени да се огъват навън от зоната на покритие (стена на вакуумна камера), което води до насочване на електрони към стената на вакуумната камера и загуба, като по този начин намалява общия брой електрони и впоследствие йони.
Тъй като методът на огледалното магнитно поле не може ефективно да ограничи електроните, ефективността на плазменото разпръскване не се подобрява. Обратно, надлъжното магнитно поле на не-неравновесна целева двойка със затворено магнитно поле е затворено в областта на покритието. Докато силата на магнитното поле е достатъчна, електроните могат да се движат само между зоната на покритие и двете мишени, избягвайки загубата на електрони и по този начин увеличавайки концентрацията на йони в областта на покритието, което значително подобрява ефективността на разпръскване.
