高功率脉冲磁控溅射电源的工作原理和工作方式

高功率脉冲磁控溅射电源使用矩形波电压的脉冲电源代替传统的直流电源进行磁控溅射沉积。 高功率脉冲磁控溅射电源技术可以有效地抑制电弧的产生，消除由此产生的薄膜缺陷，同时提高溅射沉积速度，降低沉积温度等一系列显着的优点。　　脉冲可分为双向脉冲和单向脉冲，双向脉冲在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段。 在负电压带，高功率脉冲磁控溅射电源通过靶材的溅射，在正电压带，通过电子方式中和靶材表面积累的正电荷，净化表面，露出金属表面。 施加在靶上的脉冲电压与通常的磁控管溅射相同(400~500V )，脉冲磁控管溅射通常采用方波脉冲波形，中频带) 20~200 kHz )，有效消除异常电弧放电的发生，从而消除了电弧放电的发生由于等离子体中电子的运动速度远远高于离子速度，因此转换靶的正电压通常为负偏压的10%~20%，可以防止电弧放电。 有研究认为，脉宽(正负电压时间之比)起重要作用，脉宽达到1 ) 1时具有抑制效果; 正电压的大小对电弧放电的有无没有很大的影响，但极大地影响沉积速度，正电压从10%上升到20% (与负电压之比)，沉积速度提高50%。　　高功率脉冲磁控溅射电源多用于双靶闭合式非平衡磁控管溅射系统。系统内的两个磁控管靶连接在同一脉冲电源上，与中频孪晶靶一样，两个靶交替作为阴极和阳极发挥作用，阴极靶在溅射的同时完成阳极靶表面的清洗，这样周期性地　　高功率脉冲磁控溅射电源的主要参数有溅射电压、脉冲频率、占空比。 由于等离子体中的电子对离子有更高的能动性，正电压值为负电压值的10%~20%，能够有效中和靶表面积累的正电荷。 脉冲频率通常在中频范围内，频率的下限通过保证靶面积累的电荷产生的电场强度低于击穿电场强度的阈值来确定，频率上限的确定主要考虑堆积速度，一般在保证稳定放电的前提下，采取尽可能低的频率。 占空比的选择，在保证溅射时靶表面积累的电荷在正电压阶段被完全中和的基础上，尽量提高占空比，实现电源的较大效率。　　另一个新的发展是向基板施加脉冲偏压。 脉冲偏置电压可以大幅提高基板上的离子束的流动。 在磁控溅射中，一般认为向-100 V施加直流负偏压时，基板的离子束流达到饱和，即使提高负偏压，基板的离子束流也不增加，该饱和电流为离子束流，电子不能接近基板表面研究表明，如果使用脉冲偏置电压则不然，脉冲偏置电压不仅会提高衬底的饱和电流，而且随着负偏置电压的增大，饱和电流也会增大; 脉冲频率变高时，该效果更显着; 其机理尚不清楚，可能与振荡电场对等离子体的离解率和电子温度高有关。 衬底脉冲负偏压为有效控制衬底电流密度提供了一种新的手段，其效果可以应用于膜结构、附着力优化、溅射清洗和缩短衬底加热时间。