专利名称：一种用于超高功率脉冲非平衡磁控溅射的电源方法
技术领域：
本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种采用球系开关产生超高功率脉冲放电、频率可控的超高功率脉冲非平衡磁控溅射电源方法，采用球系开关控制超高功率脉冲，采用电子计算机控制脉冲的频率，能够在更大的范围内调整放电参数。
背景技术：
磁控溅射沉积技术用于表面工程领域内的材料改性和薄膜沉积，普通的磁控溅射装置中采用阴极表面的封闭磁场产生等离子体，其中离子在阴极电压的作用下轰击阴极材料形成溅射效应，所形成的沉积材料离子和原子扩散到被镀工件的表面沉积成薄膜形态，薄膜沉积的过程中等离子体密度影响沉积到被镀工件表面的薄膜性能，因此设计者不断采用各种技术措施来提高等离子体密度和轰击到被镀工件表面的离子电流密度。《溅射沉积技术的发展和现状》(《真空科学与技术学报》Vol.25，No.3，2005)和《磁控溅射技术进展及应用》(《现代仪器》No.5，2005)介绍了目前各种磁控溅射沉积技术的发展和应用情况，一般磁控溅射的电源采用直流和中频的脉冲技术，一般情况下电源的电压范围处于1kV以下，粒子能量在几个电子伏特左右，形成的等离子体离化率低，难以获得理想的等离子体状态，在磁控溅射靶前30-50毫米处，等离子体的密度急剧降低，无法得到理想的薄膜性能，磁控溅射装置使用直流电源和低压脉冲电源已经无法继续扩展其性能，使磁控溅射装置的应用受到限制。当前的磁控溅射沉积技术存在着前面所述的技术缺点，为了克服这些技术缺陷目前发展了超高功率脉冲非平衡磁控溅射技术，而本发明所公开的一种用于超高功率脉冲非平衡磁控溅射系统的电源方法正是实现这种技术的关键环节。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种与现有磁控溅射电源相比可实现更高离化率和等离子体密度的超高功率脉冲电源，易形成高密度的等离子体束流、且放电过程更稳定，可在更宽的范围内调节沉积参数，所沉积的薄膜性能更佳。
本发明的技术解决方案是采用球系开关来控制超高功率脉冲，球系开关电极空腔中充满一定压力气体，通过调整球系开关电极之间的间隙和压力使之适应磁控溅射放电的电压范围，开关的触发控制采用脉冲高压火花触发电源，高压触发电源和控制、监控系统采用光电隔离，通过微机设定参数控制脉冲的频率，使之适应薄膜沉积和研究的要求。
整个电源的主电源是一个功率适宜的高压直流电源，电压的范围可以根据生产、实验需要进行调节，直流高压电源的本身包括的过流保护，过热保护，提高了电源的安全性和使用寿命。
超高功率脉冲的脉宽、波形通过脉冲形成线性电路来控制，脉冲形成电路通过球系开关后接到真空室的非平衡磁控溅射靶上，在辉光放电的真空室压力条件下，高压直流电源给脉冲形成线性电路充电后，由球系开关控制超高功率脉冲放电。
本发明中的球系开关和相对应的脉冲形成线性电流能够根据生产和研究的需要在高压直流电源满足要求的条件下任意扩充，形成多路输出，每一路都由光电隔离的微机分别或统一控制放电频率，同时实现在大的范围内调节放电功率参数，微机智能监控保护电源运行。
本发明的效果和益处是和现有的各种磁控溅射电源相比，用于超高功率脉冲非平衡磁控溅射系统的电源方法采用球系开关控制放电脉冲，适用的电压范围宽广，适应放电过程中的参数波动，采用微机控制放电频率和监控电源状态，具有高度的智能化；能够得到超高功率密度放电等离子体，具有等离子体密度高、等离子体中的状态参数可调、等离子体离化率高，离子-原子到达比高等优点，在提高薄膜制备质量方面有应用价值；本发明的电源具有结构简单、电源稳定、控制方便、效率高、耐冲击、参数调节范围宽广、放电系统能够任意扩展的优点。多路输出的扩充性能特别适应于大规模生产应用的要求。
附图是高功率脉冲放电系统的结构示意图。本发明的电源结构由主电源系统；控制系统；微机控制和监测系统；脉冲形成线组；球系开关组；非平衡磁控溅射靶和真空室等组成。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
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本发明涉及的电源结构由主电源系统，控制系统，微机控制和监测系统，脉冲形成线组，球系开关组，非平衡磁控溅射靶和真空室等部分组成。脉冲形成线组和相对应的球系开关组能够根据实际的应用情况扩展。其中主电源系统能够形成直流的高压电源，也可以采用开关电源提供高电压，主电源系统给脉冲形成线组电路供电，当达到辉光的放电的要求电压时，通过球系开关组来控制阴极放电过程，形成超高功率脉冲等离子体，球系开关组的触发采用高压脉冲的火花电源，脉冲的频率能够通过微机控制和监测系统或者是由单独的振荡电路来控制，脉冲功率的峰值达到300kW/cm2，同时微机控制和监测系统监控放电波形和电压，能够监控各种过流、短路现象对电源系统的影响。
权利要求
1.一种用于超高功率脉冲非平衡磁控溅射的电源方法，其特征在于采用球系开关组和脉冲形成线组控制和形成超高功率脉冲放电，实现超高功率的脉冲非平衡磁控溅射的溅射沉积。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高功率脉冲非平衡磁控溅射的电源方法，其特征在于使用一个主电源系统分别供给多路脉冲形成线组和对应的球系开关组，为不同的非平衡磁控溅射靶供给高功率脉冲，实现多路扩展输出。
全文摘要
本发明公开发表了一种用于超高功率非平衡磁控溅射的电源方法，主要用于表面工程技术领域。其特征在于采用球系开关组和脉冲形成线组控制和形成超高功率脉冲放电，实现超高功率的脉冲非平衡磁控溅射的溅射沉积；使用唯一的一个主电源系统供给多路脉冲形成线组和对应的球系开关组，为不同的非平衡磁控溅射靶供给高功率脉冲，实现扩展输出；同时实现微机智能控制，频率参数连续可调，能够防止过流、过压、过热的损害。本发明的优点是电源结构简单、电源稳定、控制方便、工作效率高、耐冲击、参数调节范围宽广、放电系统能够任意扩展，能够提高薄膜沉积过程中的等离子体离化率，从而达到增强薄膜和基体的结合强度、保证沉积工艺的目的。
文档编号H03K3/00GK1948547SQ200610134219
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者牟宗信, 王振伟, 贾莉, 李国卿, 赵华玉, 张鹏云 申请人:大连理工大学