磁控溅射靶电源研发、设制与使用小结——前言

摘要

　　本文阐述了真空磁控溅射镀膜的基本原理与工况;阐述了真空磁控溅射阴极常用靶电源的不同种类、主要特点、技术性能、负载特性及应用范围;同时对各靶电源的选型、安装接线及使用注意事项作了详细说明。

关键词

　　辉光放电,等离子体,阴极溅射,磁控溅射,磁控溅射靶,磁控溅射靶电源

前言

　　真空磁控溅射镀膜用阴极电源，又称为磁控溅射靶电源。其主要作用是为不同的磁控溅射工艺和磁控靶提供符合溅射沉积放电要求的电压、电流和波形。

　　可以通过靶电源改变磁控靶的溅射电压提高工作气体的离化率和改变轰击阴极靶材的离子能量;可以通过靶电源改变磁控靶工作电流密度，改变靶材的溅射率和膜层的沉积率;通过改变靶电源输出的电压电流及波形(例如直流;不同频率的交流或脉冲直流的矩形或类矩形脉冲波、正弦或类正弦波及类锯齿波等)，改善溅射沉积工艺质量控制过程;在反应磁控溅射中，通过改变靶电源的输出波形与脉冲电压极性，可以中和靶面未溅射高阻绝缘层面的正电荷积累，减少打弧次数，防止“靶中毒”和“阳极消失”，使反应溅射过程得以稳定进行;靶电源通过对打弧电流精确有效的管理，可以抑制弧电流带来的危害，提高溅射沉积薄膜质量，并确保靶电源的运行安全。

　　靶电源是磁控溅射镀膜的关键设备之一,它的控制特性和质量优劣直接影响着待镀膜工件膜层的质量好坏。

　　本文将从如下几个方面分别予以介绍： 磁控溅射镀膜和磁控靶的真空气体放电的基本原理与特性;各靶电源的控制特性和靶电源的电压、电流与波形等主要技术参数;靶电源负载的阻抗特性;靶电源的选择和使用;靶电源的安装接线和使用注意事项等。

　　工作实践表明：只有正确认识和深入了解真空磁控溅射镀膜的基本原理与工况、各类靶电源主要技术性能和特点，搞清各种靶电源在真空磁控溅射镀膜工艺过程中的特定位置和作用以及磁控靶气体放电的基本特性，设计研发人员才能设计出控制性能良好、可靠性高的磁控溅射镀膜靶电源;而镀膜工艺技术人员和真空镀膜设备的操作使用者才能根据各类靶电源的不同特点，正确合理地选择靶电源，并根据不同的镀膜工艺、不同规格型号的磁控靶和不同设备的真空条件与参数，灵活地改变和设置靶电源输出的电压、电流与波形等技术参数，确保磁控溅射镀膜工艺过程正常、稳定地进行;才能在磁控溅射镀膜工艺和科研项目中，得到最佳结果。

　　真空磁控溅射镀膜是一个多真空环境条件、多控制变量(如电场、磁场、气氛与压力、靶材、基片偏压、温度及转速、真空腔体几何结构等参数)相互影响和制约的复杂的工艺控制过程，工艺过程中不能完全确定和控制的因素很多;在不同的磁控溅射装置上，或在沉积不同的材料膜层时，还需要对影响和制约磁控溅射镀膜的各个环境参数与工艺参数进行试验和探索。

　　由于可用于磁控溅射的镀膜靶材和反应磁控溅射沉积的化合物膜层的“广泛存在”，在磁控溅射镀膜的工程项目中，可能会不断面对需要溅射新的靶材、溅射沉积新的膜层这一问题。因此，镀膜工艺工程师、靶电源设计研发工程师、售后与维修等人员除了需要关注和了解各种靶电源本身的特点、各项额定技术参数以及所镀膜层的具体工艺参数外，对于由磁控溅射各种真空环境条件和参数(例如压力、磁场、阻抗、波形、频率与打弧放电等)变化所引起的靶电源相应输出电压与波形、电流与真空腔体内阻抗以及“打弧”等参数的变化，以及其对膜层的质量和其它技术指标的影响程度、变化趋势、各控制变量之间的相互制约关系，也需要进行掌控;缩短磁控溅射镀膜工艺研发与最佳镀膜工艺参数的试验和探索过程，节省很多宝贵的时间和费用。

　　本文中的各项技术参数，除了国家【标准】及有关【技术规范】描述的条文以外，均不应视作绝对的数值与概念，而应看作是在一定真空环境条件下具有一定变化范围的动态的相对参考值。

　　关于磁控溅射镀膜的基本原理，例如“磁控溅射的本质”、“不同频率、不同波形、不同幅值与占空比偏压的作用”、“各靶电源的不同特点”以及“不同靶电源在磁控溅射镀膜过程中的作用与应用范围”等问题，是“仁者见仁，智者见智”，各专家学者的看法和意见也不尽相同，本文撰写中采用了“主流的意见与观点”。

　　笔者从镀膜工艺和工程实用的角度出发进行分析与描述，文中的很多内容限于篇幅只能“点到为止”。如读者想作进一步深入了解，可参阅其它的技术文献。

　　本文的阅读对象：靶电源的研发设计人员，真空镀膜工艺工程师，真空镀膜设备的操作、营销、售后维修人员以及青年学生等。许多同事和朋友希望在业内有人撰写技术文章，较为系统、全面地介绍真空磁控溅射镀膜靶电源及其应用。本人有幸从事磁控溅射靶电源的设计、研发技术主管多年，工作中颇有心得体会，现仅将与磁控溅射靶电源电气特性有关的内容略加小结，整理成文，供业内的同事和朋友们分享与讨论。水平所限，文中难免存在错误和以偏概全之处，恳请读者和业内有识之士指正。在此，谨对曾经支持过我工作的同事和业内外的许多专家与朋友，一并致谢。

　　未完待续，下接该文的“磁控溅射基本原理与工况” 部分。

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