PVD技术中的几种电源

2023/05/29

电弧电源

　　电弧离子镀膜中靶材蒸发和电离的实现必须依靠电弧电源提供能量，在实际镀膜过程中，该电源要能自动检测灭弧现象并自动引弧，保证镀膜过程中的连续性和膜层的均匀性；此外，电弧电源的稳弧性能尤其是最小稳弧电流对膜层的一致性、效率性和光洁度影响很大。一台多弧离子镀膜机所配电弧电源少则几台，多则十几台，甚至几十台。稳定可靠的工作对整台设备的性能至关重要。电弧电源从传统电源式，经过采用可控硅技术，发展到现在的高频逆变式。同传统电磁式和可控硅技术制作的电弧电源相比较，高频逆变电弧电源主要具有以下特点：

1. 体积缩小，仅是旧式电源的几分之一；相应的电源重量也　仅是传统电源的几分之一到十几分之一。

2.电源效率明显提高，比旧式电源的效率大约提高20%∽30%左右。

3.操作轻便，电流调节精度较高，稳流性能好，有利于精确控制膜厚及保证膜厚的重复性。

4. 采用高频逆变方式的电弧电源纹波较小，加上其响应速度远远高于旧式电源，在相同弧源和工作条件下，使用高频逆变电弧电源有利于提高电弧的稳定性，减少灭弧次数.

磁控溅射电源

　　从输出波形看，伴随着磁控溅射技术本身的发展，经历了直流、单极性脉冲、对称双极性脉冲（中频磁控溅射电源）和双极性脉冲（非对称中频磁控溅射电源）几种方式。目前，新的磁控溅射电源基本上都采用高频逆变开关电源技术制造，中频磁控溅射电源已成为新的磁控溅射设备的首选电源。为了准确控制膜层厚度，磁控溅射电源必须稳定工作，并具有较好的恒定特性。目前，主要采用恒流方式，也有采用恒功率方式的，极少采用恒压方式。另外，磁控溅射镀膜技术具有的一个显著优点是膜层致密、光洁度较好。要实现该优点，必须严格限制磁控溅射过程中靶表面的打火次数和每次打火的能量，尽量减少打火瞬间造成的宏观靶材粒子数量，它们会降低膜层的致密性和光洁度，严重时会造成掉膜。

  偏压电源

　　偏压电源在多弧离子和磁控溅射镀膜技术中都要使用。只是由于磁控溅射的离化率远低于多弧离子镀，所需偏压电源的功率更小。目前有许多设备既配备磁控溅射靶，也配有多弧靶，选择偏压电源功率时，要以多支工作时的要求来定。早期的偏压电压主要是用可控硅技术的直流偏压电源，现在多为采用高频逆变技术制造的单极性、直流叠加脉冲和双极性脉冲偏压电源。偏压电源主要用于多弧离子和磁控溅射镀膜过程中的辉光清洗、离子轰击和膜层沉积时在被镀工件上施加偏压，在辉光清洗时，它产生辉光；在离子轰击中用于加速离子，提高离子轰击工件表面进的能量，达到溅射清洗效果和提高膜层结合力的目的，在膜层沉积时，它也用于增加离子能量，促进和改善薄膜生长，也会提高膜基结合力，以下是几种常见波形的偏压电源：

单极性脉冲偏压电源

主要特点

1.高频单极性脉冲偏压施压在工件上，相比直流偏压而言，由于存在电压中断间隙，能有效减少打火次数，保护工件表面。

2.脉冲间隙期间，工件表面积累的电荷可以被中和，从而减少了表面电荷积累引起的打火。

3.高频逆变技术中的快速关断能力，能有效减少每次打火释放的能量，即使在打火出现时，也能明显降低工件表面大损伤程度。

4.脉冲间隙期间沉积到工件表面的离子能量很低。

5.可以通过调节频率、占空比要改善和控制成膜速度和质量。

直流叠加脉冲偏压电源

主要特点

1.具有单极性脉冲偏压电源的所有特点。

2. 直流和直流叠加脉冲模式下，消除了单极性脉冲间隙间离子能量很低的问题。

双极性脉冲偏压电源

 主要特点

1. 负脉冲的作用同单极性脉冲偏压电源，正脉冲的作用主要是吸引等离子体中的电子来中和工件表面的正电荷积累。因为电子的质量远小于离子，加速很容易，所以正脉冲的幅值远小于负脉冲幅值，通常为10～100V，正、负脉冲的电流积分应相等。所以正电源的功率比负电源的功率小很多。

2. 当正电源电压为零时，双极性脉冲偏压就变成单极性脉冲偏压。