[發明專利]一種具有高啟動電壓的磁控濺射脈沖電源

無效

• 申請號: 201010166751.2
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101824602A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 陳桂濤;孫強;姬軍鵬;施輝;李巖
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;H03K3/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，涉及一種具有高啟動電壓的磁控濺射脈沖電源。

背景技術

磁控濺射技術在薄膜制備領域的應用十分廣泛，可以制備工業上所需要的各種薄膜，如超硬薄膜、耐腐蝕耐摩擦薄膜、超導薄膜、磁性薄膜、光學薄膜，以及各種具有特殊電學性能的薄膜等。

傳統直流偏壓磁控濺射工藝因偏壓較低而使得鍍膜過程中離子轟擊的能力相對較若，鍍層致密性相對較差，腐蝕介質的不斷滲入將引起鍍層與基體之間的界面腐蝕，從而影響到鍍層的長期抗腐蝕性能，而且在薄膜濺射過程中容易出現靶中毒和“打弧”現象，導致了濺射沉積的不穩定，縮短了靶材的使用壽命，并且低能量的“液滴”會沉積到薄膜表面，導致沉積薄膜結構缺陷和組分變異。

脈沖磁控濺射是采用矩形波電壓的脈沖電源代替傳統直流電源進行磁控濺射沉積。脈沖偏壓較直流偏壓具有許多優點，脈沖峰值電壓的提高可加大工件表面附近的等離子體密度，增強對工件表面的濺射清洗作用和鍍制過程中對鍍層原子的轟擊作用，最終提高鍍層的致密性，改善鍍層的抗腐蝕能力。同時，由于脈沖間歇的存在，降低了沉積溫度，可有效避免工件表面電荷積累而造成的靶中毒和“打弧”現象，從而消除了打火飛濺產物在工件表面的異常沉積；但是，在實際的磁控濺射工藝中，開始階段一般需要很高的偏壓對工件進行離子轟擊濺射，其目的之一在于清潔預鍍表面，其次在于能迅速升高基體的溫度，以保證真正濺射開始時基體就能處在一個合適的平衡的溫度上；同時，在脈沖偏壓作用下，磁控濺射等離子體負載表現出容阻并聯的復雜特性，比傳統的直流偏壓下的等離子體負載電路模型中多出一個電容，使得等離子體負載上的電壓產生了震蕩現象，并且隨著電壓值的升高震蕩越來越劇烈；此外，磁控濺射工藝進行時經常會出現異常而使得濺射過程終止，重新啟動困難，上述問題的解決直接影響到磁控濺射工藝的正常進行以及成膜的質量和效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高啟動電壓的磁控濺射脈沖電源，解決了現有技術中存在啟動電壓不足、等離子體負載電壓震蕩，且在異常停機后重新啟動復雜的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種具有高啟動電壓的磁控濺射脈沖電源，包括依次連接的DC輸入、高壓啟動模塊、脈沖發生模塊和續流模塊，續流模塊與磁控濺射裝置中的基片和靶材連接，高壓啟動模塊還與異常檢測模塊連接，異常檢測模塊與設置在基片和靶材之間的磁控濺射的等離子體連接，高壓啟動模塊用于產生磁控濺射啟動時所需的脈沖高壓；脈沖發生模塊用于產生脈沖偏壓；續流模塊用于將高壓脈沖施加到磁控濺射裝置中的基片和靶材上；異常檢測模塊用于檢測該等離子體負載電流的變化，控制二次高壓啟動。

本發明的磁控濺射脈沖電源，啟動電壓為1500V或更高的磁控濺射脈沖電源，具有更高啟動電壓、能夠消除等離子體負載電壓震蕩現象，且在異常情況下具備重新啟動功能，保證了磁控濺射工藝的正常進行以及成膜質量和效率。

附圖說明

圖1是本發明的磁控濺射脈沖電源的結構示意圖；

圖2是圖1中磁控濺射脈沖電源的常規操作波形示意圖。

圖中，1.DC輸入，2.高壓啟動模塊，3.脈沖發生模塊，4.續流模塊，5.異常檢測模塊，6.基片，7.靶材，8.等離子體。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

參照圖1，磁控濺射裝置包括設置在陽極的基片6和設置在陰極的靶材7，在基片6和靶材7之間設置的是磁控濺射的等離子體8。

如圖1，本發明具有高啟動電壓的磁控濺射脈沖電源的結構是，包括依次連接的DC輸入1、高壓啟動模塊2、脈沖發生模塊3和續流模塊4，續流模塊4與磁控濺射裝置中的基片6和靶材7連接，續流模塊4用于將高壓脈沖加在磁控濺射裝置中的基片6和靶材7上；高壓啟動模塊2與異常檢測模塊5連接，異常檢測模塊5與設置在基片6和靶材7之間的磁控濺射等離子體8連接，異常檢測模塊5用于檢測該等離子體8的負載電流的變化。

上述的DC輸入1采用高頻DC/DC逆變電路，主要實現恒流、恒壓、恒功率控制，用于給后級的高壓啟動模塊2和脈沖發生模塊3提供直流電壓，電壓的范圍可以根據需要進行大范圍(200V-800V)的調節，使之適合不同材料磁控濺射時薄膜沉積所需要的電壓。同時，因為采用了高頻開關電源，使得DC輸入環節的電壓精度得到了有效保障。