[实用新型]一种集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路

说明书

本实用新型公开了一种集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路，该电路由负极性高压短脉冲形成电路、高功率负极性低压主脉冲形成电路、正极性低压脉冲形成电路和磁开关组成，利用负极性高压短脉冲来实现对等离子体负载预电离处理，双极性高功率脉冲用于靶材的溅射，可以即时适应负载阻抗变化的特点。集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路输出高功率脉冲占空比远大于负极性高压预电离脉冲的占空比，提高了磁控溅射镀膜电源效率和靶材溅射镀膜效率、减小电源体积。用于解决电源体积较大、效率较低、靶粒子沉积速率低问题。

技术领域

本发明属于电子电路和磁控溅射材料表面处理研究技术领域，具体涉及一种集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路。

背景技术

近年来，磁控溅射技术作为真空溅射的一种，以其独特的优点，如沉积温度低、薄膜密度高以及膜厚易控制等，使其成为硬质涂层制备广泛采用的技术之一。磁控溅射技术根据磁控溅射电源输出电压方式的不同分为直流磁控溅射和高功率脉冲磁控溅射。由于高功率脉冲磁控溅射技术具有溅射粒子离化率高和能够沉积出非常致密且具有高性能薄膜两大优点，高功率脉冲磁控溅射技术是国内研究的热点。由于磁控溅射等离子体负载特性的不同，不同靶材电离后阻抗差异很大，未发生电离时负载阻抗一般为高阻，一旦发生电离后负载阻抗很小，回路中电流急剧增大容易发生大火现象，要求脉冲磁控溅射电源具有很快的调节能力，时刻适应负载阻抗的变化。大多数情况下单一的高功率单极性产生电路和双极性脉冲形成电路都不能适应等离子体负载阻抗特性的变化。目前具有高功率脉冲峰值和直流形式预处理特点的脉冲形成电路可以很好的适应负载阻抗变化的特点，这种电路靠直流部分来实现对负载等离子体起弧预处理，高功率脉冲用于靶材的溅射，但由于高功率脉冲占空比少于直流部分的占空比，电源体积较大、效率较低；直流部分电压一般比较低不能有效的使等离子体负载预电离，实际应用中粒子沉积速率相对比较低，靶材溅射效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路。该电路由负极性高压短脉冲形成电路、负极性主脉冲形成电路、正极性主脉冲形成电路和磁开关组成。所述的负极性高压预脉冲和低压双极性主脉冲输出的电压幅值、脉冲宽度等参数单独可控，互不干扰。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

集高压短脉冲预电离一体化双极性脉冲形成电路通过对等离子体负载施加负极性高压短脉冲电场，快速使工作气体发生电离中的气体电离形成阻抗较低、稳定的弱电离放电通道；随后受到高功率负极性低压脉冲电场，用于靶材的溅射；受到正极性低压脉冲电场，用于引入电子清洁铌靶表面，中和靶材表面积累的正电荷。

在上述技术方案中，所述集高压短脉冲预电离一体化双极性脉冲形成电路包括第一储能电容的两极各自连接到第一开关管和第二开关管，第一、第二开关管之间一次串联连接第一限流电阻和等离子体负载；第二储能电容的两极各自连接到第三开关管和第四开关管，第三、第四开关管之间一次串联连接第二限流电阻、第一磁开关、等离子体负载和第二磁开关；串联连接的第一磁开关和等离子体负载与保护电阻相互并联；第三储能电容的两极各自连接到第五开关管和第六开关管，第五、第六开关管之间一次串联连接保护二极管、第二磁开关、等离子体负载和第一磁开关。

在上述技术方案中，所述第一储能电容的正极连接到第一开关管的集电极，第一储能电容的负极连接到第二开关管的发射极，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极之间依次串联第一保护电阻和等离子体负载，所述离子体负载的正极与第二开关管的集电极连接。

在上述技术方案中，所述第二储能电容的正极连接到第三开关管的漏极，第二储能电容的负极连接到第四开关管的源极，第三开关管的源极与第二开关管的漏极之间依次串联第二保护电阻、第一磁开关、等离子体负载和第二磁开关，第一保护电阻一端与等离子体负载正极连接，第一磁开关与第二保护电阻之间连接第一保护电阻另一端，所述等离子体负载的正极与第二磁开关管连接。