中频磁控溅射电源的抑弧功能

磁控溅射电源的主要功能是溅射过程中产生的电弧。在磁控溅射中，电弧的存在会使磁控溅射电源的工作稳定性、靶材的溅射质量和溅射率发生较大变化，因此要抑制电弧产生。在电源运行中，利用控制电路对其进行调整，使其达到最佳工作状态。

为了实现这一功能，首先要了解电弧产生的过程。在磁控溅射中，电弧的产生有以下几个阶段：

1.在溅射靶和基片之间存在等离子体（主要是氧气）时，等离子体处于高温高压状态。这一阶段是弧柱产生和生长的阶段，也是弧柱形成过程中最容易出现电弧的阶段。

3.在基片和靶材之间存在等离子体时，离子以一定角度撞击靶材表面时会产生冲击效应。这一阶段是电弧发生并形成的过程。

4.在基片和靶材之间存在等离子体时，由于磁场强度和电流密度分布不均匀而产生磁场梯度效应。

5.当基片和靶材之间存在等离子体时，由于等离子体的热效应而产生热量，使基片温度升高。

1.磁控溅射电源的基本结构

磁控溅射电源通常由主电源、控制电路、冷却系统等几部分组成，如图1所示。主电源产生的交流电经整流滤波后，供给直流24V电源。控制电路用来对整流桥功率进行控制，输出稳定的交流电压，供给调节回路中的调整变压器进行整流滤波。保护电路采用限流电路和过流保护电路，当电源输出电流超过规定值时进行保护。

2.工作原理

磁控溅射电源的抑弧功能就是通过控制电路使磁控溅射电源在溅射过程中自动调节磁场、电流、电压，使电弧产生的可能性减小，最终达到抑制电弧产生的目的。这一功能主要由脉冲电源电路实现，其工作原理如图1所示。

在磁控溅射电源工作时，控制电路使脉冲电源的两路脉冲同时开通和关闭。其中一路为“开”脉冲，另一路为“关”脉冲。当“开”脉冲发生时，使真空室处于高压状态，而“关”脉冲发生时，则使真空室处于低压状态。

3.主要功能

（1）当在溅射靶和基片之间存在等离子体时，溅射靶表面的电流密度会减小。这种改变会引起等离子体的冷却效应，使等离子体的温度降低，从而降低了电弧的电压和电流密度。

这种效应会使离子加速并向靶材表面移动。因此，通过控制电路可以改变磁场强度或磁场梯度分布。

（3）在磁控溅射电源工作中，电弧的形成和生长过程中最容易出现的阶段是弧柱的形成和生长过程中。因此，要抑制电弧的产生，就必须使弧柱生长的阶段变为最容易出现电弧的阶段，从而抑制电弧的产生。

4.硬件组成

控制电路由 CPU、晶闸管、可控硅及其他元器件组成。它的功能是：

（1）根据负载电流调节可控硅的导通角，使其处于最佳导通状态，并使其导通时间适当缩短。

（2）当可控硅达到其最大导通时间时，立即关断晶闸管，使可控硅处于断路状态，从而防止弧柱的产生。

（3）当可控硅达到最小导通时间时，再控制晶闸管导通，从而将晶闸管的输出电流限制在一定范围内，避免出现电弧。

5.控制电路

抑制电弧的控制电路，主要由控制继电器、晶闸管、电容器、可控硅组成。当触发线圈通电时，可控硅导通角的变化可改变晶闸管的导通时间，从而改变触发线圈的工作状态；当晶闸管导通后，触发线圈停止工作，电弧熄灭。当电容充电时，由于电容充放电的时间不同，因此可以通过调整电容器的容量来控制开关管的开通和关断。晶闸管关断时间由可控硅导通角、电容器容量和电容放电时间组成。这三个参数的调节可有效地抑制电弧产生。

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