復(fù)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(shí)功率大以及膜層性能良好等優(yōu)點(diǎn)，受到科研及工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)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(yīng)用中受到了限制。
　　針對(duì)高功率磁控濺射沉積速率低的問(wèn)題，本文提出了一種復(fù)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(zhǎng)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(shí)，維持較高的平均功率。

2、r>　　使用Particle-in-Cell/Monte Carlo模型對(duì)復(fù)合脈沖放電過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，研究放電過(guò)程等離子體動(dòng)力學(xué)及放電波形形成機(jī)制。結(jié)果表明，等離子體分布受到空間電磁場(chǎng)的共同作用，空間等離子體的不均勻分布又會(huì)對(duì)空間電場(chǎng)造成影響。在磁控濺射放電過(guò)程中，空間電勢(shì)逐漸升高，出現(xiàn)電勢(shì)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(qiáng)，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(duì)于復(fù)合脈

3、沖，空間電勢(shì)與等離子體濃度分布于單脈沖相似，引燃脈沖關(guān)斷后一段時(shí)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(huì)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(jī)交互，研制了復(fù)合脈沖電源。兩路脈沖電壓、脈寬和頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)，相對(duì)相位關(guān)系可靈活設(shè)定，并具備過(guò)流保護(hù)降電壓的功能，保護(hù)電源在真空室安全工作，具有參數(shù)設(shè)定靈活、操作界面友好的特點(diǎn)。
　　使用水負(fù)載對(duì)電源功能進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定不同

4、脈沖參數(shù)，采集電壓電流波形，驗(yàn)證電源不同波形的實(shí)現(xiàn)，并獲得電源電壓電流輸出特性。結(jié)果表明水負(fù)載中，電流和電壓成正比例對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　對(duì)復(fù)合脈沖電源在真空室使用Cr靶進(jìn)行放電測(cè)試，與水負(fù)載中電流電壓線性相關(guān)不同，由于真空室內(nèi)等離子體負(fù)載非線性的特征，電流波形較為復(fù)雜。當(dāng)電壓為方波時(shí)，電流波形接近三角形或扇形。對(duì)于復(fù)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(guān)，引燃脈沖關(guān)斷后電流下降，下降速率與工作脈沖電壓相關(guān)。結(jié)果表