大功率磁控溅射电源主电路的研究

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磁控溅射作为一种镀膜工艺,在物体上镀制保护膜,增强物体的耐磨、抗氧化和抗腐蚀性能。由直流磁控溅射发展到非平衡磁控溅射,随着材料的多样化,促使磁控溅射又发展到射频磁控溅射和脉冲磁控溅射阶段。与直流磁控溅射相比,脉冲磁控溅射的溅射效率高、工艺性能好。但是由于磁控溅射负载的非线性,导致脉冲磁控溅射电源在应用中产生负载电压上升时期的振荡。本文对磁控溅射脉冲工艺中存在的负载电压振荡及电源中存在FMI问题,做了理论分析和仿真及实验验证。   首先,本文结合磁控溅射脉冲工艺对电源的指标要求,理论上分析了电源在特定工艺条件下的实现方案,并对电源大功率输出条件下的主电路及后级输出电路进行了理论分析设计和参数计算,实现了负载所需要的三种脉冲输出。用PSPICE对电源主电路进行了详细的仿真分析。   本文在掌握磁控溅射等离子体负载等效电路模型的基础上,从理论上分析了产生振荡的原因,在脉冲电源与负载回路串联电感或电感和电阻串联单元可以有效抑制电压振荡,但同时使脉冲电压的上升速率大大降低;针对这两种方法存在的问题,本文研究了一种在负载回路串联电感与二极管并联单元的匹配电路,电感在抑制振荡的同时起到了限流的作用,二极管在脉冲电压换相时续流的同时加快电压上升速率。对所研究的方法进行了仿真分析和实验验证,结果表明该方法在抑制振荡的同时,提高了脉冲电压的上升速率,保证了薄膜稳定沉积。   最后,在理论分析和仿真的基础上,搭建了一台磁控溅射脉冲电源的样机,实验结果证明了所设计主电路及匹配电路的可行性和正确性。
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