復合脈沖磁控濺射放電特性及數(shù)值仿真研究.pdf

1、高功率磁控濺射技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)的鍍膜方法，具有離化率高、瞬時功率大以及膜層性能良好等優(yōu)點，受到科研及工業(yè)領域的廣泛關注。然而由于高功率磁控濺射平均功率小，膜層沉積速率低，在工業(yè)應用中受到了限制。
　　針對高功率磁控濺射沉積速率低的問題，本文提出了一種復合脈沖磁控濺射新方法，該方法采取兩路脈沖耦合的方式，使用電壓高脈寬小的引燃脈沖離化氣體，電壓低脈寬長的工作脈沖維持等離子體放電，從而在獲得高密度等離子體的同時，維持較高的平均功率。

2、r>　　使用Particle-in-Cell/Monte Carlo模型對復合脈沖放電過程進行數(shù)值仿真，研究放電過程等離子體動力學及放電波形形成機制。結(jié)果表明，等離子體分布受到空間電磁場的共同作用，空間等離子體的不均勻分布又會對空間電場造成影響。在磁控濺射放電過程中，空間電勢逐漸升高，出現(xiàn)電勢梯度較大的陰極鞘層區(qū)域和等離子體濃度較大的離化區(qū)域。靶材電壓越高，離化氣體能力越強，產(chǎn)生等離子體數(shù)目越多，離子能量越高，靶材電流也越大。對于復合脈

3、沖，空間電勢與等離子體濃度分布于單脈沖相似，引燃脈沖關斷后一段時間內(nèi)工作脈沖能夠有效維持較高的等離子體濃度和電流密度，而空間離子能量則會隨著電壓的降低而降低。
　　使用FPGA作為核心控制器，觸摸屏作為人機交互，研制了復合脈沖電源。兩路脈沖電壓、脈寬和頻率可獨立調(diào)節(jié)，相對相位關系可靈活設定，并具備過流保護降電壓的功能，保護電源在真空室安全工作，具有參數(shù)設定靈活、操作界面友好的特點。
　　使用水負載對電源功能進行測試，設定不同

4、脈沖參數(shù)，采集電壓電流波形，驗證電源不同波形的實現(xiàn)，并獲得電源電壓電流輸出特性。結(jié)果表明水負載中，電流和電壓成正比例對應關系。
　　對復合脈沖電源在真空室使用Cr靶進行放電測試，與水負載中電流電壓線性相關不同，由于真空室內(nèi)等離子體負載非線性的特征，電流波形較為復雜。當電壓為方波時，電流波形接近三角形或扇形。對于復合脈沖，在引燃脈沖階段電流迅速上升，峰值電流與電壓和脈寬相關，引燃脈沖關斷后電流下降，下降速率與工作脈沖電壓相關。結(jié)果表