本申请属于磁控溅射技术领域，具体涉及一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法，采用高频逆变技术将三相电调整到预置的直流电压值，通过变压器经过整流滤波为电容组储能提供能量，多个电容组通过电位串联叠加实现高压脉冲输出。电容组储能后经过斩波器实现高功率脉冲输出。本申请实施例提供一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法，相对恒压控制具有明显的恒电流特性，更适合于磁控溅射的应用，具有抑制电弧的特性，具有工艺重复性好等优点。艺重复性好等优点。艺重复性好等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法
[0001]本申请属于磁控溅射
，具体涉及一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering，HiPIMS)利用兆瓦级的溅射功率，产生极高离化率，膜层在附着力、硬度、耐磨性、表面形貌等方面均有极好的特性，是国内外磁控溅射领域研究的新热点。高功率脉冲磁控溅射的镀膜距离与电弧放电近似，同时兼备膜层细致和附着力强的特点。高功率脉冲磁控溅射可在低温沉积中高能离子束流碰撞改善薄膜的导电性和表面平整度，还可以在轰击预处理中彻底清洗工件表面达到离子注入效果。
[0003]高功率脉冲磁控溅射的应用局限性主要体现工艺稳定性低、沉积速率低、靶面杂质或尖峰导致弧光放电、靶材离化粒子损失等不足上。针对工艺稳定性低的问题，其主要原因在于高功率脉冲磁控溅射电源输出峰值电流达到千安培等级，但因等离子体负载动态阻抗快速变化，当输出电压发生微小变化时，峰值电流即会产生明显变化，在工艺过程中，随着靶材温度等因素变化，输出电压保持不变时，输出电流会有较大的变化，从而影响工艺稳定性。
[0004]在传统的电源设计中，针对千安培级的电流放电，一般采用工作频率在10
‑
3000Hz低频低占空比的电源实现恒流控制，传统方法大多采用电感储能型组成的脉冲功率电源。该拓扑类型电源具有良好的电流恒流能力，但负载电流关断的复杂控制和电感的成本体积制约了该拓扑类型电源在磁控溅射领域的应用。
技术实现思路
[0005]本申请目的是提供一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法，实现高功率脉冲磁控溅射的恒电流控制，从而解决工艺稳定性低的问题。
[0006]实现本申请目的的技术方案：
[0007]本申请实施例第一方面提供了一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，所述电源装置，包括：电源输出模块、第一储能模块、第一斩波输出模块、第二储能模块、第二斩波输出模块和控制电路；
[0008]所述电源输出模块的第一输出端经所述第一储能模块连接所述第一斩波输出模块的输入端；
[0009]所述第一斩波输出模块的输出端连接高功率脉冲磁控溅射的真空室；
[0010]所述第一储能模块利用电容进行储能；
[0011]所述电源输出模块的第二输出端经所述第二储能模块连接所述第二斩波输出模块的输入端；
[0012]所述第二斩波输出模块的输出端连接所述第一斩波输出模块的输出端；
[0013]所述第二储能模块利用电容进行储能，所述第二储能模块存储的电能小于所述第一储能模块存储的电能；
[0014]所述控制电路，用于控制所述第一斩波输出模块中功率器件的通断实现高功率脉冲输出；还用于控制所述第二斩波输出模块中功率器件的通断实现所述高功率脉冲输出电位高低的微调。
[0015]可选的，所述第一储能模块的数量为多个；
[0016]每个所述第一储能模块的输入端分别连接所述电源输出模块的不同的第一输出端，每个所述第一储能模块的输出端均连接所述第一斩波输出模块的输入端。
[0017]可选的，
[0018]所述第一储能模块的数量和所述第一斩波输出模块的数量均为多个；所述第一储能模块的数量和所述第一斩波输出模块一一对应；
[0019]每个所述第一储能模块的输入端分别连接所述电源输出模块的不同的第一输出端，每个所述第一储能模块的输出端均连接对应的所述第一斩波输出模块的输入端；
[0020]各个所述第一斩波输出模块串联后连接所述真空室。
[0021]可选的，所述第一储能模块，包括：第一整流滤波电路和第一储能电路；
[0022]所述第一整流滤波电路的输入端连接所述电源输出模块的第一输出端，所述第一整流滤波电路的输出端经所述第一储能电路连接所述第一斩波输出模块的输入端；
[0023]所述第一储能电路，包括多个串并联的第一电容。
[0024]可选的，
[0025]所述第一整流滤波电路和所述第一储能电路集成在PCB电路板上。
[0026]可选的，
[0027]所述第二储能模块的数量和所述第二斩波输出模块的数量均为多个；所述第二储能模块和所述第二斩波输出模块一一对应；
[0028]每个所述第二储能模块的输入端分别连接所述电源输出模块的不同的第二输出端，每个所述第二储能模块的输出端均连接对应的所述第二斩波输出模块的输入端；
[0029]各个所述第二斩波输出模块串联后连接所述真空室。
[0030]可选的，所述第二储能模块，包括：第二整流滤波电路和第二储能电路；
[0031]所述第二整流滤波电路的输入端连接所述电源输出模块的第二输出端，所述第二整流滤波电路的输出端经所述第二储能电路连接所述第二斩波输出模块的输入端；
[0032]所述第二储能电路，包括多个串并联的第二电容。
[0033]可选的，所述电源输出模块，包括：三相可控整流电路、软开关逆变器和多绕组高频功率变压器；
[0034]所述三相可控整流电路的输出端经所述软开关逆变器连接所述多绕组高频功率变压器的一次侧；
[0035]所述多绕组高频功率变压器的二次侧包括至少两个绕组，所述至少两个绕组分别对应所述电源输出模块的第一输出端和第二输出端；
[0036]所述控制电路，还用于驱动控制所述三相可控整流电路和所述软开关逆变器。
[0037]本申请实施例第二方面提供了一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置的控制方法，应用于本申请实施例第一方面提供的任一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置；
所述方法，包括：
[0038]所述控制电路获取输出至所述真空室的输出电压；
[0039]所述控制电路判断所述输出电压是否满足预设的溅射电压；
[0040]若是，则所述控制电路获取输出至所述真空室的输出电流；
[0041]所述控制电路对比所述输出电流与预设的溅射电流，根据对比的结果控制所述第一斩波输出模块和所述第二斩波输出模块中功率器件的通断。
[0042]本申请的有益技术效果在于：
[0043]1)本申请实施例提供一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法，相对恒压控制具有明显的恒电流特性，更适合于磁控溅射的应用，具有抑制电弧的特性，具有工艺重复性好等优点。
[0044]2)本申请实施例提供一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置及其控制方法，相对电感储能型装置具有明体积小、电路简单等优点。
附图说明
[0045]图1为本申请实施例提供的一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置的结构示意图；
[0046]图2为本申请实施例提供的另一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置的结构示意图；
[0047]图3为本申请实施例提供的另一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置的结构示意图；
[004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，其特征在于，所述电源装置，包括：电源输出模块、第一储能模块、第一斩波输出模块、第二储能模块、第二斩波输出模块和控制电路；所述电源输出模块的第一输出端经所述第一储能模块连接所述第一斩波输出模块的输入端；所述第一斩波输出模块的输出端连接高功率脉冲磁控溅射的真空室；所述第一储能模块利用电容进行储能；所述电源输出模块的第二输出端经所述第二储能模块连接所述第二斩波输出模块的输入端；所述第二斩波输出模块的输出端连接所述第一斩波输出模块的输出端；所述第二储能模块利用电容进行储能，所述第二储能模块存储的电能小于所述第一储能模块存储的电能；所述控制电路，用于控制所述第一斩波输出模块中功率器件的通断实现高功率脉冲输出；还用于控制所述第二斩波输出模块中功率器件的通断实现所述高功率脉冲输出电位高低的微调。2.根据权利要求1所述的用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，其特征在于，所述第一储能模块的数量为多个；每个所述第一储能模块的输入端分别连接所述电源输出模块的不同的第一输出端，每个所述第一储能模块的输出端均连接所述第一斩波输出模块的输入端。3.根据权利要求1所述的用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，其特征在于，所述第一储能模块的数量和所述第一斩波输出模块的数量均为多个；所述第一储能模块的数量和所述第一斩波输出模块一一对应；每个所述第一储能模块的输入端分别连接所述电源输出模块的不同的第一输出端，每个所述第一储能模块的输出端均连接对应的所述第一斩波输出模块的输入端；各个所述第一斩波输出模块串联后连接所述真空室。4.根据权利要求1所述的用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，其特征在于，所述第一储能模块，包括：第一整流滤波电路和第一储能电路；所述第一整流滤波电路的输入端连接所述电源输出模块的第一输出端，所述第一整流滤波电路的输出端经所述第一储能电路连接所述第一斩波输出模块的输入端；所述第一储能电路，包括多个串并联的第一电容。5.根据权利要求4所述的用于高功率脉冲磁控溅射的电源装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺岩斌，熊涛，姜亚南，黄雨，李民久，邵斌，
申请(专利权)人：中核同创成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。