PVD技術中的幾種電源

2023/05/29

電弧電源

　　電弧離子鍍膜中靶材蒸發和電離的實現必須依靠電弧電源提供能量，在實際鍍膜過程中，該電源要能自動檢測滅弧現象并自動引弧，保證鍍膜過程中的連續性和膜層的均勻性；此外，電弧電源的穩弧性能尤其是最小穩弧電流對膜層的一致性、效率性和光潔度影響很大。一臺多弧離子鍍膜機所配電弧電源少則幾臺，多則十幾臺，甚至幾十臺。穩定可靠的工作對整臺設備的性能至關重要。電弧電源從傳統電源式，經過采用可控硅技術，發展到現在的高頻逆變式。同傳統電磁式和可控硅技術制作的電弧電源相比較，高頻逆變電弧電源主要具有以下特點：

1. 體積縮小，僅是舊式電源的幾分之一；相應的電源重量也　僅是傳統電源的幾分之一到十幾分之一。

2.電源效率明顯提高，比舊式電源的效率大約提高20%∽30%左右。

3.操作輕便，電流調節精度較高，穩流性能好，有利于精確控制膜厚及保證膜厚的重復性。

4. 采用高頻逆變方式的電弧電源紋波較小，加上其響應速度遠遠高于舊式電源，在相同弧源和工作條件下，使用高頻逆變電弧電源有利于提高電弧的穩定性，減少滅弧次數.

磁控濺射電源

　　從輸出波形看，伴隨著磁控濺射技術本身的發展，經歷了直流、單極性脈沖、對稱雙極性脈沖（中頻磁控濺射電源）和雙極性脈沖（非對稱中頻磁控濺射電源）幾種方式。目前，新的磁控濺射電源基本上都采用高頻逆變開關電源技術制造，中頻磁控濺射電源已成為新的磁控濺射設備的首選電源。為了準確控制膜層厚度，磁控濺射電源必須穩定工作，并具有較好的恒定特性。目前，主要采用恒流方式，也有采用恒功率方式的，極少采用恒壓方式。另外，磁控濺射鍍膜技術具有的一個顯著優點是膜層致密、光潔度較好。要實現該優點，必須嚴格限制磁控濺射過程中靶表面的打火次數和每次打火的能量，盡量減少打火瞬間造成的宏觀靶材粒子數量，它們會降低膜層的致密性和光潔度，嚴重時會造成掉膜。

  偏壓電源

　　偏壓電源在多弧離子和磁控濺射鍍膜技術中都要使用。只是由于磁控濺射的離化率遠低于多弧離子鍍，所需偏壓電源的功率更小。目前有許多設備既配備磁控濺射靶，也配有多弧靶，選擇偏壓電源功率時，要以多支工作時的要求來定。早期的偏壓電壓主要是用可控硅技術的直流偏壓電源，現在多為采用高頻逆變技術制造的單極性、直流疊加脈沖和雙極性脈沖偏壓電源。偏壓電源主要用于多弧離子和磁控濺射鍍膜過程中的輝光清洗、離子轟擊和膜層沉積時在被鍍工件上施加偏壓，在輝光清洗時，它產生輝光；在離子轟擊中用于加速離子，提高離子轟擊工件表面進的能量，達到濺射清洗效果和提高膜層結合力的目的，在膜層沉積時，它也用于增加離子能量，促進和改善薄膜生長，也會提高膜基結合力，以下是幾種常見波形的偏壓電源：

單極性脈沖偏壓電源

主要特點

1.高頻單極性脈沖偏壓施壓在工件上，相比直流偏壓而言，由于存在電壓中斷間隙，能有效減少打火次數，保護工件表面。

2.脈沖間隙期間，工件表面積累的電荷可以被中和，從而減少了表面電荷積累引起的打火。

3.高頻逆變技術中的快速關斷能力，能有效減少每次打火釋放的能量，即使在打火出現時，也能明顯降低工件表面大損傷程度。

4.脈沖間隙期間沉積到工件表面的離子能量很低。

5.可以通過調節頻率、占空比要改善和控制成膜速度和質量。

直流疊加脈沖偏壓電源

主要特點

1.具有單極性脈沖偏壓電源的所有特點。

2. 直流和直流疊加脈沖模式下，消除了單極性脈沖間隙間離子能量很低的問題。

雙極性脈沖偏壓電源

 主要特點

1. 負脈沖的作用同單極性脈沖偏壓電源，正脈沖的作用主要是吸引等離子體中的電子來中和工件表面的正電荷積累。因為電子的質量遠小于離子，加速很容易，所以正脈沖的幅值遠小于負脈沖幅值，通常為10～100V，正、負脈沖的電流積分應相等。所以正電源的功率比負電源的功率小很多。

2. 當正電源電壓為零時，雙極性脈沖偏壓就變成單極性脈沖偏壓。