磁控溅射脉冲电源关键技术的研究

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磁控溅射技术是一种给基体施加负电压的真空镀膜工艺,增强物体的耐磨、抗氧化性和抗腐蚀性。磁控溅射设备一般包括磁控溅射电源和真空沉积室等。磁控溅射工艺中,给基体加上脉冲电压,与直流电压相比,得到的薄膜性能更好。  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,但等离子体负载的非线性,导致负载电压上升时期产生振荡。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。由此,本文设计了一种基于频响分析法的脉冲电源与容性负载之间匹配电路,有效减小了脉冲电压前沿的振荡。最后,对该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。  在磁控溅射工艺中,使用超窄脉冲电源进行高精度镀膜加工,当脉冲频率提高至数百千赫兹,使脉冲宽度达到纳秒甚至皮秒级别时,皮秒级分辨率脉冲电压将镀膜工艺在更高的电流密度和更小的加工间隙下进行,从而获得瞬间高溅射电压,阻止电荷积累从而引发弧光放电,最终电子能够获得更高的迁移率,沉积得到的膜层致密性较好,而且膜层更加均匀。因此,本文设计了一种基于FPGA的高分辨率DPWM发生器,然后进行带死区时间分时控制,最终可输出8路高分辨率脉冲信号。该脉冲经过信号放大后驱动斩波IGBT开通和关断,对主电路的直流电压斩波,最终输出分辨率达到皮秒级的脉冲电压。  最后,以ALTERA公司的Cyclone IT系列FPGA为载体,用示波器测量DPWM发生器的输出波形和分时控制信口。将测量结果与理论结果、Quartus II仿真结果进行比较,验证了程序的正确性。同时,对设计的电源负载匹配电路进行了仿真,最后搭建了一台样机,并进行了带工艺负载实验,验证了匹配电路的可行性。
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