專利名稱：一種用于超高功率脈沖非平衡磁控濺射的電源方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用球系開關(guān)產(chǎn)生超高功率脈沖放電、頻率可控的超高功率脈沖非平衡磁控濺射電源方法，采用球系開關(guān)控制超高功率脈沖，采用電子計算機控制脈沖的頻率，能夠在更大的范圍內(nèi)調(diào)整放電參數(shù)。
背景技術(shù)：
磁控濺射沉積技術(shù)用于表面工程領(lǐng)域內(nèi)的材料改性和薄膜沉積，普通的磁控濺射裝置中采用陰極表面的封閉磁場產(chǎn)生等離子體，其中離子在陰極電壓的作用下轟擊陰極材料形成濺射效應(yīng)，所形成的沉積材料離子和原子擴散到被鍍工件的表面沉積成薄膜形態(tài)，薄膜沉積的過程中等離子體密度影響沉積到被鍍工件表面的薄膜性能，因此設(shè)計者不斷采用各種技術(shù)措施來提高等離子體密度和轟擊到被鍍工件表面的離子電流密度?！稙R射沉積技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀》(《真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報》Vol.25，No.3，2005)和《磁控濺射技術(shù)進展及應(yīng)用》(《現(xiàn)代儀器》No.5，2005)介紹了目前各種磁控濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，一般磁控濺射的電源采用直流和中頻的脈沖技術(shù)，一般情況下電源的電壓范圍處于1kV以下，粒子能量在幾個電子伏特左右，形成的等離子體離化率低，難以獲得理想的等離子體狀態(tài)，在磁控濺射靶前30-50毫米處，等離子體的密度急劇降低，無法得到理想的薄膜性能，磁控濺射裝置使用直流電源和低壓脈沖電源已經(jīng)無法繼續(xù)擴展其性能，使磁控濺射裝置的應(yīng)用受到限制。當(dāng)前的磁控濺射沉積技術(shù)存在著前面所述的技術(shù)缺點，為了克服這些技術(shù)缺陷目前發(fā)展了超高功率脈沖非平衡磁控濺射技術(shù)，而本發(fā)明所公開的一種用于超高功率脈沖非平衡磁控濺射系統(tǒng)的電源方法正是實現(xiàn)這種技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種與現(xiàn)有磁控濺射電源相比可實現(xiàn)更高離化率和等離子體密度的超高功率脈沖電源，易形成高密度的等離子體束流、且放電過程更穩(wěn)定，可在更寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沉積參數(shù)，所沉積的薄膜性能更佳。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用球系開關(guān)來控制超高功率脈沖，球系開關(guān)電極空腔中充滿一定壓力氣體，通過調(diào)整球系開關(guān)電極之間的間隙和壓力使之適應(yīng)磁控濺射放電的電壓范圍，開關(guān)的觸發(fā)控制采用脈沖高壓火花觸發(fā)電源，高壓觸發(fā)電源和控制、監(jiān)控系統(tǒng)采用光電隔離，通過微機設(shè)定參數(shù)控制脈沖的頻率，使之適應(yīng)薄膜沉積和研究的要求。
整個電源的主電源是一個功率適宜的高壓直流電源，電壓的范圍可以根據(jù)生產(chǎn)、實驗需要進行調(diào)節(jié)，直流高壓電源的本身包括的過流保護，過熱保護，提高了電源的安全性和使用壽命。
超高功率脈沖的脈寬、波形通過脈沖形成線性電路來控制，脈沖形成電路通過球系開關(guān)后接到真空室的非平衡磁控濺射靶上，在輝光放電的真空室壓力條件下，高壓直流電源給脈沖形成線性電路充電后，由球系開關(guān)控制超高功率脈沖放電。
本發(fā)明中的球系開關(guān)和相對應(yīng)的脈沖形成線性電流能夠根據(jù)生產(chǎn)和研究的需要在高壓直流電源滿足要求的條件下任意擴充，形成多路輸出，每一路都由光電隔離的微機分別或統(tǒng)一控制放電頻率，同時實現(xiàn)在大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)放電功率參數(shù)，微機智能監(jiān)控保護電源運行。
本發(fā)明的效果和益處是和現(xiàn)有的各種磁控濺射電源相比，用于超高功率脈沖非平衡磁控濺射系統(tǒng)的電源方法采用球系開關(guān)控制放電脈沖，適用的電壓范圍寬廣，適應(yīng)放電過程中的參數(shù)波動，采用微機控制放電頻率和監(jiān)控電源狀態(tài)，具有高度的智能化；能夠得到超高功率密度放電等離子體，具有等離子體密度高、等離子體中的狀態(tài)參數(shù)可調(diào)、等離子體離化率高，離子-原子到達比高等優(yōu)點，在提高薄膜制備質(zhì)量方面有應(yīng)用價值；本發(fā)明的電源具有結(jié)構(gòu)簡單、電源穩(wěn)定、控制方便、效率高、耐沖擊、參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬廣、放電系統(tǒng)能夠任意擴展的優(yōu)點。多路輸出的擴充性能特別適應(yīng)于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的要求。


附圖是高功率脈沖放電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的電源結(jié)構(gòu)由主電源系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；微機控制和監(jiān)測系統(tǒng)；脈沖形成線組；球系開關(guān)組；非平衡磁控濺射靶和真空室等組成。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明涉及的電源結(jié)構(gòu)由主電源系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，微機控制和監(jiān)測系統(tǒng)，脈沖形成線組，球系開關(guān)組，非平衡磁控濺射靶和真空室等部分組成。脈沖形成線組和相對應(yīng)的球系開關(guān)組能夠根據(jù)實際的應(yīng)用情況擴展。其中主電源系統(tǒng)能夠形成直流的高壓電源，也可以采用開關(guān)電源提供高電壓，主電源系統(tǒng)給脈沖形成線組電路供電，當(dāng)達到輝光的放電的要求電壓時，通過球系開關(guān)組來控制陰極放電過程，形成超高功率脈沖等離子體，球系開關(guān)組的觸發(fā)采用高壓脈沖的火花電源，脈沖的頻率能夠通過微機控制和監(jiān)測系統(tǒng)或者是由單獨的振蕩電路來控制，脈沖功率的峰值達到300kW/cm2，同時微機控制和監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控放電波形和電壓，能夠監(jiān)控各種過流、短路現(xiàn)象對電源系統(tǒng)的影響。
權(quán)利要求
1.一種用于超高功率脈沖非平衡磁控濺射的電源方法，其特征在于采用球系開關(guān)組和脈沖形成線組控制和形成超高功率脈沖放電，實現(xiàn)超高功率的脈沖非平衡磁控濺射的濺射沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超高功率脈沖非平衡磁控濺射的電源方法，其特征在于使用一個主電源系統(tǒng)分別供給多路脈沖形成線組和對應(yīng)的球系開關(guān)組，為不同的非平衡磁控濺射靶供給高功率脈沖，實現(xiàn)多路擴展輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開發(fā)表了一種用于超高功率非平衡磁控濺射的電源方法，主要用于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于采用球系開關(guān)組和脈沖形成線組控制和形成超高功率脈沖放電，實現(xiàn)超高功率的脈沖非平衡磁控濺射的濺射沉積；使用唯一的一個主電源系統(tǒng)供給多路脈沖形成線組和對應(yīng)的球系開關(guān)組，為不同的非平衡磁控濺射靶供給高功率脈沖，實現(xiàn)擴展輸出；同時實現(xiàn)微機智能控制，頻率參數(shù)連續(xù)可調(diào)，能夠防止過流、過壓、過熱的損害。本發(fā)明的優(yōu)點是電源結(jié)構(gòu)簡單、電源穩(wěn)定、控制方便、工作效率高、耐沖擊、參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬廣、放電系統(tǒng)能夠任意擴展，能夠提高薄膜沉積過程中的等離子體離化率，從而達到增強薄膜和基體的結(jié)合強度、保證沉積工藝的目的。
文檔編號H03K3/00GK1948547SQ200610134219
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者牟宗信, 王振偉, 賈莉, 李國卿, 趙華玉, 張鵬云 申請人:大連理工大學(xué)