直流磁控溅射电源研制及输出特性研究

磁控溅射技术在薄膜制备领域广泛应用,电源是磁控溅射镀膜的关键设备之一。本文介绍了全桥逆变直流磁控溅射电源主电路和控制电路的设计,该电源输出功率2 kW,采用PI恒流控制,具有过流保护。通过阻性负载测试表明电源具有很好恒流特性,在输出功率超过400 W时电源效率比较高。利用氮气/氩气不锈钢靶直流磁控溅射实际的等离子体负载测试表明:在保证真空室内压力不变的前提下,随着氮气比例的增加,电压下降,但电源恒流效果好,工作稳定。

基于NiosⅡ嵌入式处理器的UMS电源研究

研制了一台以NiosII嵌入式处理器为核心的非平衡磁控溅射(Unbalanced Magnetron Sputtering,简称UMS)高性能电源。采用片上可编程系统(System on a Programmable Chip,简称SOPC)的解决方案,结合嵌入式系统的优势,加入智能化复合控制策略和高频DPWM多自由度调制方法,以满足等离子体负载特性及工艺需求。测试结果表明,该电源具备高稳流、高离子束电流多自由度输出特性以及优异的电弧管理能力,为UMS先进工艺的探索提供了良好的技术平台。

电源工作模式对中频磁控溅射沉积速率的影响

在中频孪生靶磁控溅射实验装置上,研究了电源恒压、恒流、恒功率工作模式下沉积速率与气压、电参数之间的关系,得出不同工作模式下电压、电流、功率及频率、占空比对沉积速率的影响:恒流模式下沉积速率稳定性最好,恒压最差;气压变化时,恒功率、恒流工作模式有稳定沉积速率作用;恒流模式下,沉积速率随占空比升高而减小,随频率升高而增大。

8MW单极性脉冲磁控溅射电源的设计

设计了一种8 MW单极性脉冲磁控溅射电源,详细介绍了脉冲发生电路的拓扑结构及IGBT相关的关键技术。通过对所设计的8 MW单极性脉冲磁控溅射电源在Matlab中搭建Simulink模型进行数值仿真分析,然后在理论分析的基础上简化电路结构并搭建实验样机,在模拟负载条件下进行实验分析,得到了IGBT开关组均流、均压波形以及8 MW峰值功率输出波形,通过比较,实验结果与仿真数值分析波形基本一致。

基于单片机的磁控溅射稳压开关电源设计

磁控溅射真空镀膜技术与传统的化学电镀技术相比,具有环保、降耗、减排等优点,磁控电源是这种镀膜装置的关键部件之一。该文研究和设计了以高频开关电源技术为基础的高效率、大功率磁控稳压电源。文中介绍了主电路、控制电路的原理设计,用Matlab仿真软件搭建了电路模型,并进行了仿真实验,在此基础上完成了硬件电路、软件程序设计。通过AT89C51单片机实现了在不同工作方式下电源输出电压和电流的调节。实际应用证明该电源具有恒流控制效果好,可靠性高,工作稳定等优点。

新型直流磁控溅射电源的研究与设计

研究并设计了一种适用于直流磁控溅射的新型数字化电源。针对直流磁控溅射工艺的要求,从系统控制策略和电弧保护两方面进行研究。设计了带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略,并给出详细的设计方法;提出溅射过程出现异常弧光现象时,针对软弧和硬弧采取不同保护方式的两级保护方法,并描述了基于HCPL-316J的驱动电路设计。搭建10 kw实验样机进行验证,结果表明带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略具有良好的动态性和稳定性,两级保护方法可有效熄灭电弧,提升溅射的质量。

双极性脉冲UMS电源的研究

研制了一台高性能双极性脉冲非平衡磁控溅射(MS)电源。该电源以FPGA为控制系统核心,采用交变脉冲单元实现双极性脉冲输出,并针对脉冲条件下的等离子体负载特性及MS工艺需求,设计了负载匹配电路、多级电弧管理策略和数字脉冲复合调制(DPCM)策略。搭建一台10 kW样机并进行了测试,结果表明该电源具备多变量脉冲输出特性及良好的电弧管理能力,为MS工艺的研究与探索提供了重要的技术支撑。

多模式输出磁控溅射镀膜电源技术研究

磁控溅射电源在镀膜领域有着广泛的应用。设计研制一种新拓扑结构的多模式输出镀膜电源,将高频PWM整流技术、全桥变换器与直流降压电路相结合;通过合理的时序控制实现直流溅射、单向脉冲、双向对称和双向不对称等四种溅射模式;运用DSP数字控制器灵活实现对高频PWM整流器输出幅值、工作模式,以及溅射脉冲宽度、频率的设置。实验样机证明,本设计能实现多模式输出,输出幅值范围为200V-750V,频率最大为200k Hz,占空比10%-90%可调,功率因数不低于0.97。该技术将多个镀膜功能集成到同一个设备中,设备体积小、降低成本、提高了利用率,谐波污染低,具有很好的推广应用价值。

基于DSP的直流磁控溅射电源设计

该文通过研究磁控靶工作时的负载特性,设计了以全桥逆变开关电源技术为基础的高效、大功率磁控溅射电源。利用Matlab搭建的模型对电路的参数、输出波形进行了仿真,在仿真的基础上完成了主回路、控制电路硬件及软件程序的设计及样机测试,并在JTP-1400型磁控溅射镀膜机上进行了实验。实验结果证实该电源具有恒流控制效果好,电流截止负反馈反应迅速,工作稳定等优点。

高功率脉冲电源的研制

高功率脉冲磁控溅射以其高离化率、高薄膜性能等特点得到广泛关注。介绍了高功率脉冲电源系统的原理和研制,提出了基于全桥逆变、电容储能、均流斩波等环节实现电源的方案,分别阐述了主回路、控制系统、保护电路的设计思路。电源系统采用全桥逆变实现初级能源,电容储能实现中间能源,均流斩波实现功率输出,单片机和SG3525实现控制部分。实验结果证明电源运行可靠,输出特性良好,抗干扰能力强。

磁控溅射中频电源仿真研究

磁控溅射中频电源及其辉光放电负载是一个典型的强非线性时变系统,对该系统建模并求其解析解是相当困难的。使用Simulink对磁控溅射中频电源建模,对电源工作时各种工况下输出电流波形进行了研究,研究表明,这种仿真方法对电源系统设计有效,可以推广应用。

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。

IPOP型高频大功率磁控溅射电源的研制

高频磁控溅射电源输出双极性高频脉冲,应用于对称孪生靶磁控溅射镀膜。随着工业化的进程,大功率电源的研制具有重要的意义。提出了基于标准化模块输入侧并联、输出侧并联组合的高频电源设计和研制。模块电源经过DC/DC电路、DC/AC电路、高频升压隔离、高频均流单元后并接到负载侧。针对输出并联运行时幅值和相位的严格同步要求,设计高频均流单元实现开环均流特性。采用总控单元实现上位机通讯、均流外环算法、高频脉冲同步、电弧高速保护等功能。通过样机实验重载和轻载验证可知:各模块的高频输出同步一致,高频均流单元和总控单元的均流算法可实现模块电流的平衡,总控策略有效,电源稳定性良好。

基于FPGA的数字化中频磁控溅射电源设计

介绍了一种全数字控制的中频磁控溅射电源设计。主电路前级采用直流斩波调压,后级采用全桥逆变的电路结构。控制电路由现场可编程门阵列(FPGA)计算产生高分辨率的数字脉宽调制信号(DPWM)实现。电源工作于恒流模式,通过PID算法调节Buck斩波电路的驱动DPWM来实现闭环控制。全桥逆变电路的驱动信号由FPGA计算产生,通过按键可设置驱动的DPWM,输出所需的固定频率和占空比的矩形波。对于靶面微打弧和强打弧,FPGA采取不同的保护措施。最后制作了5kW的样机进行验证,实验证明,方法可行,具有好的应用前景。

基于IGBT的时分N倍频中频溅射电源的研究

本文重点叙述时分制N倍频技术在磁控溅射中频电源中的应用,文中讨论了以往中频电源技术发展中的短板与瓶颈,今后采用IGBT时分制N倍频技术可以大幅度提高电源的工作频率、输出功率以及整机的可靠性,不失为一前瞻性技术。本文推出的主电路拓扑及其控制系统可做研发时的基础电路以供读者参考。最后制出一款样机,旨在验证其原理的可行性,其技术性能已达到原设计要求。