高脉冲功率密度复合磁控溅射电源研制及放电特性研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)由于能够产生较高的离化率而受到人们的重视。为了提高离化率/沉积速率协同效应,基于直流和脉冲耦合叠加技术我们研制了高功率密度复合脉冲磁控溅射电源,并对高功率复合脉冲磁控溅射放电特性进行研究。结果表明脉冲峰值电流随脉冲电压的增加而增加,但随着脉冲宽度的增加而减小。在高功率脉冲期间工件上获得的电流可以增加一个数量级以上,表明磁控离化率得到显著增强。     

高功率脉冲磁控溅射技术的发展与研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)作为一种溅射粒子离化率高、可以沉积致密、高性能薄膜的新技术已经在国外广泛研究,但在国内尚未见研究报道.本文介绍了近十年来HPPMS技术在电源、脉冲形式、放电行为和薄膜沉积等方面的研究进展.在HPPMS过程中,粒子随脉冲开关通过电子冲击和电荷交换电离,并按照双极扩散理论向基体附近传输,离子能量分布随工作气压的不同而呈现不同的分布特征.这些放电特征有利于获得更宽的工艺范围和优异的膜层性能,最后介绍了我们实验室在HPPMS方面的研究工作.     

高功率脉冲磁控溅射电源的研制

高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)因其高离化率而得到广泛关注.高压大电流脉冲电源是实现该技术的重要环节之一.本论文介绍了一种HPPMS电源,该电源由充电电源、斩波输出两部分组成,给出了主电路框图.分析了大电流对斩波开关过电压的影响,采用RC吸收和续流有效地抑制了电压过冲,用所研制的电源进行HPPMS镀膜试验,结果表明电源运行稳定可靠,制备的薄膜表面清洁、致密,其平均表面粗糙度很低.可以预见HPPMS技术将会促进镀膜技术的发展.     

高功率脉冲磁控溅射制备TiNx涂层研究

采用高功率复合脉冲磁控溅射技术(HPPMS)在316不锈钢、硬质合金基体上沉积了TiN薄膜,研究不同N2流量下TiNx膜层的沉积速率、硬度、晶体生长取向、摩擦磨损等性能,并在相同的平均靶电流下与直流磁控溅射制备的TiN薄膜对比.结果表明:HPPMS制备的膜层更加致密,在氩氮流量比为7.4∶1时膜层显微硬度达2470 HV,晶粒尺寸也明显小于直流磁控溅射制备的TiN,摩擦磨损性能也得到了改善.     

1kA高功率脉冲磁控溅射电源研制及试验研究

高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)以其在真空镀膜上更大的优势而越来越受到重视,高压大电流电源是实现HPPMS的关键因素。本文研制了1000 A高功率脉冲磁控溅射电源,给出了电源框架图和主电路拓扑结构图。对脉冲部分采用仿真分析探索大模块IGBT的不均流因素,结果表明驱动一致性是影响均流的关键原因之一;分析了大电流时IGBT两端电压过冲问题,采用RCD吸收和续流回路能有效抑制电压过冲,使电压过冲在正常安全范围内。用所研制的电源进行等离子体负载实验,运行良好,为性能优异薄膜的制备奠定硬件基础。     

可调脉冲功率(MPP)磁控溅射电源研制及放电特性的研究

可调脉冲电源MPP(modulated pulsed power)磁控溅射技术是一种新型的高功率磁控溅射技术.基于STC12C5A60S2单片机为控制单元研制了MPP电源.电源可以输出多种脉冲波形,能够实现优化的高功率脉冲磁控溅射工艺.MPP放电模式表现为初始的弱放电和随后的高功率大电流放电行为.MPP放电电压影响着高功率放电电流和脉冲宽度,而放电气压主要影响起辉时刻,但对放电电流大小影响不大.引入引燃脉冲可实现低气压下的高功率大电流放电.     

高功率脉冲磁控溅射技术的研究及应用

高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术。本文首先从高功率脉冲磁控溅射技术原理与特点出发,然后简单介绍了高功率脉冲磁控溅射技术发展过程及目前研究现状,最后重点分析了高功率脉冲磁控溅射技术目前存在的问题及未来发展趋势。     

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

高功率脉冲磁控溅射具有高的金属离化率,在薄膜制备表现出巨大的优势,成为当前磁控溅射技术领域一个新的发展趋势。高功率脉冲磁控溅射的放电特性、等离子体特性等微观参数对薄膜质量控制具有决定性作用,分析宏观参数如何影响微观参数,有利于提高薄膜质量,稳定工艺。因此,本文研究了脉冲与直流电源并联模式的复合高功率脉冲磁控溅射过程中,脉冲电压(400~800 V)对Ti、Cr靶在Ar气氛中的放电特性、等离子体参数(等离子体电势、电子温度、电子密度)、基体电流的影响。结果表明:复合高功率脉冲磁控溅射Ti、Cr靶放电过程中,脉冲电压的增加有利于脉冲作用期间的靶电压、靶电流、基体电流增加;当Ti靶脉冲电压为600 V或Cr靶脉冲电压为700 V时,电子密度出现较大值。Cr靶与Ti靶放电相比,前者的靶电流、基体电流、等离子体电势、电子温度比后者更高,而电子密度却更低。     

高功率脉冲磁控溅射复合电源及其电弧特性研究

高功率脉冲磁控溅射因其高离化率得到广泛关注,是磁控溅射领域的新方向。随着对高功率脉冲磁控溅射放电和等离子特性的深入研究,制约高功率脉冲磁控溅射应用的主要不足有:沉积速率低,容易进入电弧放电影响膜层品质。本文从电源角度出发,针对高功率脉冲磁控溅射的高功率大电流特点,采用复合直流/脉冲电源提升高功率脉冲磁控溅射的沉积速率,采用电弧抑制电路避免电弧对膜层品质的危害。结果表明,复合高功率脉冲磁控溅射电源的设计有利于改善沉积速率;电弧抑制电路可快速检测,并通过电弧抑制回路快速释放残存能量,避免了电弧对高功率脉冲磁控溅射的影响。     

脉冲电压对HPPMS制备CrN薄膜的组织结构与力学性能的影响

采用复合高功率脉冲磁控溅射技术在单晶Si片、高速钢和玻璃上制备CrN薄膜。分别研究了脉冲电压在500,600,700,750 V时对薄膜的组织结构和力学性能的影响。结果表明,随着脉冲电压的增加,靶材离化率增加,靶电流以及溅射原子离子数量级能量均增大,使得沉积的薄膜组织结构更加致密,晶粒逐渐细化,表面更加光滑,硬度提高。高功率脉冲磁控溅射技术具备了磁控溅射技术制备的薄膜表面光滑优势,以及电弧离子镀高离化率特点,获得了结构性能优异的CrN薄膜。