磁控溅射镀膜用灭弧电路
电弧离子镀和磁控溅射
电弧离子镀和磁控溅射
电弧离子镀和磁控溅射都是制备薄膜或涂层的方法，有各自的原理和优缺点。
电弧离子镀的原理是引弧，其与电焊时的引弧类似。
其优点是离化率高（可达100%），沉积速率大，轰击剧烈，膜层致密与基片结合好。
磁控溅射的原理是在真空室内加入正交（有例外）的电磁场，空间中的电子在电磁场的作用下不断做螺旋线运动，电子运动撞击空间中稀有气体粒子（一般氮气、氩气），使其离化，离化了的粒子又会产生运动着的电子，继续撞击其他稀有气体粒子，于是电子越来越多，形成电子云环绕在阳离子周围，构成等离子体，阳离子在电场力的作用下轰击靶材（靶材接负压），溅射出靶材离子，在基片上沉积。
磁控溅射相比于蒸镀，能精准控制膜层厚度，沉积薄膜的致密度有所加强，既可以沉积金属膜层，也可以沉积非金属膜层、化合物膜层。
总的来说，电弧离子镀和磁控溅射在应用上都可以用来制备薄膜或涂层，都有各自的优点和适用范围。
磁控溅射和电弧离子镀技术和应用介绍
薄膜/涂层的概念与特点与分类
应用： 光学薄膜、微电子薄膜、光电子学薄膜、集成电路薄 膜、防护功能薄膜。 • 种类：
（1）以材料种类划分：金属、合金、陶瓷、半导体、化 合物、高分子薄膜等。 （2）以晶体结构划分：单晶 多晶 纳米晶 非晶 （2）以晶体结构划分：单晶、多晶、纳米晶、非晶 （3）以厚度划分：纳米薄膜，微米薄膜和厚膜。 （ ）以薄膜组成结构划分 多层薄膜 梯度薄膜 复合 （4）以薄膜组成结构划分：多层薄膜，梯度薄膜，复合 薄膜。
TMF=0 G
TMF=10 G
TMF=20 G
TMF=30 G
弧 斑 尺 寸 TMF=0 G TMF=15 G TMF=30 G
弧 斑 速 度
轴对称磁场对弧斑运动的影响
电弧离子镀大颗粒问题的解决
电弧离子镀的改进 轴对称磁场
TMF=0 G TMF=15 G TMF=30 G
锥形坑
平整下凹
弧斑运动对靶材刻蚀利用率的影响
磁控溅射的应用 超硬涂层 磁控溅射的应用--超硬涂层
用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面， 摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、 耐磨 抗氧化 耐冲击等性能 既可以提高刀具 耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、 模具等的工作特性 又可以提高使用寿命 一般 模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般 可使刀具寿命提高3～10倍。
电弧离子镀大颗粒问题的解决
电弧离子镀的改进 动态拱形磁场
磁场位形
拱形磁场位形随电流比的变化
动态拱形磁场控制的离子镀弧源设计
电弧离子镀大颗粒问题的解决
永磁铁 电磁线圈
传统弧源(轴对称磁场)
俄罗斯弧源(纵向磁场)
静态 准静态磁场 静态/准静态磁场
直流磁控溅射起电弧的原因
直流磁控溅射起电弧的原因直流磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，其原理是通过高能电子束轰击靶材，使靶材表面的原子或分子从靶面解离并沉积在基底上形成薄膜。
而起电弧是实现直流磁控溅射的关键一环，本文将从以下几个方面来解析直流磁控溅射起电弧的原因。
一、电场效应在直流磁控溅射中，靶材表面的原子或分子需要被高能电子击中才能解离并沉积在基底上。
而电场效应是产生高能电子所必需的条件之一。
当靶材与阳极之间施加一定的直流电压时，会形成一个电场，这个电场会加速来自阴极的电子，使其具有足够的能量来击中靶材。
当电子与靶材碰撞时，会将靶材表面的原子或分子击出，形成离子或中性粒子，从而开始溅射过程。
二、磁场效应除了电场效应外，直流磁控溅射还需要施加磁场来引导电子轨迹，使其在靶材表面形成一个闭合的环路。
磁场可以通过在溅射室内放置磁铁或通过线圈产生。
当电子在靶材表面形成环路时，其轨迹会变得曲折，增加与靶材碰撞的机会，从而增加溅射效率。
此外，磁场还可以阻止电子束向侧边扩散，使其更加集中在靶材表面，提高溅射效果。
三、靶材表面形貌靶材表面的形貌对直流磁控溅射起电弧也有一定的影响。
如果靶材表面非常光滑，电子束击中后容易反射回去，导致溅射效率降低。
因此，在制备薄膜前，通常会对靶材进行打磨或刻蚀处理，使其表面变得粗糙，增加溅射效率。
四、气体压力和组成直流磁控溅射过程中，通常需要在溅射室中加入一定的惰性气体，如氩气或氮气。
这是因为气体分子会与靶材表面的离子或中性粒子发生碰撞，从而将其动能转化为热能，使靶材表面温度升高，促进薄膜的沉积。
此外，气体的压力和组成也会影响溅射效果。
一般来说，较高的气体压力会增加离子与气体分子的碰撞机会，从而增加溅射效率；而气体组成的不同也会对溅射效果产生影响，因为不同的气体会对离子或中性粒子的运动轨迹产生不同的影响。
直流磁控溅射起电弧的原因主要包括电场效应、磁场效应、靶材表面形貌以及气体压力和组成。
这些因素相互作用，共同促成了直流磁控溅射起电弧的发生，为薄膜制备提供了基础条件。
直流磁控溅射起电弧的原因
直流磁控溅射起电弧的原因1. 引言直流磁控溅射是一种常用的表面涂层技术，可用于提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
在直流磁控溅射过程中，电弧的起源是一个重要的问题。
本文将详细探讨直流磁控溅射起电弧的原因。
2. 直流磁控溅射的基本原理直流磁控溅射是利用直流电源提供电流，通过磁场控制电子和离子的运动，使其沿着磁力线束缚在靶表面，从而实现材料的溅射。
其基本原理如下：•正极靶：通常由溅射材料制成，连接到正极电源上。
正极靶表面会产生离子轰击，产生溅射现象。
•负极底板：通常是待处理的物体，连接到负极电源上。
底板上的溅射物质会沉积，形成薄膜涂层。
•磁控系统：通过磁场控制离子和电子的运动，使其沿着磁力线束缚在靶表面。
3. 直流磁控溅射起电弧的原因直流磁控溅射起电弧的原因可以归结为以下几个方面：3.1 靶表面污染靶表面的污染是导致电弧起源的主要因素之一。
靶材表面可能会存在氧化物、水分、油脂或其他污染物，这些污染物会导致电弧的形成。
当电子轰击靶表面时，污染物会被加热并产生蒸汽，从而形成电弧。
3.2 靶表面缺陷靶表面的缺陷也是导致电弧形成的原因之一。
靶材在制备过程中可能会出现气孔、裂纹或其他缺陷，这些缺陷会导致电弧的产生。
电子轰击到缺陷处时，会产生局部电场强度增加，从而引发电弧。
3.3 靶材表面电离靶材表面的电离是导致电弧起源的另一个重要因素。
当电子轰击靶表面时，会将靶材表面的原子或分子电离成为离子。
这些离子会被加速并沿着磁力线束缚在靶表面，形成等离子体。
当等离子体密度达到一定程度时，会引发电弧。
3.4 引弧电流过大引弧电流过大也是导致电弧形成的原因之一。
当引弧电流超过一定阈值时，电弧就会自发形成。
这通常是由于电源设置不当、电流过载或其他因素导致的。
4. 如何避免电弧的形成为了避免电弧的形成，可以采取以下措施：•保持靶表面的清洁，避免污染物的存在。
•优化靶材制备工艺，减少表面缺陷的产生。
•控制电源参数，避免引弧电流过大。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器是现代电力系统中常见的重要设备，用于控制和保护电路的正常运行。
然而，当开关电器断开电路时，由于电流的存在，会产生电弧。
电弧是一种高温、高能量的放电现象，可能导致开关电器和周围设备的损坏，甚至引发火灾。
为了解决这一问题，开关电器通常配备了灭弧装置，用于有效地灭除电弧。
本文将介绍几种典型的灭弧装置，并详细阐述它们的工作原理。
1.磁场励磁式灭弧装置磁场励磁式灭弧装置是早期开关电器常用的一种灭弧装置。
其工作原理基于利用磁场力使电弧受到扰动和削弱，最终断开电路。
该装置由励磁线圈和灭弧室组成。
当电流突然改变时，励磁线圈产生瞬时磁场，使电弧受到力的作用被迫向上或向下偏离电弧通道，产生较大的接触电阻。
随着电弧接触电阻的增加，电流逐渐减小，直到达到灭弧的程度，电弧熄灭，断开电路。
2.气体灭弧装置气体灭弧装置是当前开关电器中常用的一种灭弧装置。
常见的气体灭弧装置有二氧化硫灭弧室和空气灭弧室等。
其工作原理都是基于将电弧引导到灭弧室中，通过气体的快速喷射和冷却来灭除电弧。
当电弧产生时，灭弧室内的气流会迅速形成一个狭窄的通道，将电弧束约束在其中。
气体喷射的速度和方向可以使电弧冷却和消散，从而使电弧的能量逐渐减小，最终使电弧熄灭。
3.油膜灭弧装置油膜灭弧装置是一种利用油膜扩散和冷却电弧的灭弧装置。
常见的油膜灭弧装置有油膜式断路器等。
其工作原理是通过在电弧通道上形成一层均匀的油膜，使电弧受到冷却和扩散。
电弧通道中的电流和电弧能量会将润滑油加热并将其蒸发，蒸汽进一步冷却和吸收电弧能量，使电弧迅速衰减。
油膜的扩散和吸热过程使电弧通道的电阻迅速增加，从而阻止了电流的进一步流动，实现了灭弧的效果。
4.固体灭弧装置固体灭弧装置是一种利用特殊的材料来抑制电弧的灭弧装置。
常见的固体灭弧装置有石英灭弧室和陶瓷灭弧室等。
其工作原理是电弧通过灭弧室时，固体材料产生的热量和气体使电弧温度骤然升高，从而使电弧失去能量。
绿色镀膜用磁控溅射电源的设计与实现
摘要 ： 传统 的化学电镀技术在生产过程 中会产生大量的三废污染 ， 而绿色镀膜技术可 以很好地解决该问题 。磁控溅 射镀膜是绿色镀膜技术 中的重要环节。针对大型绿色真空镀膜设备 ． 介绍 了一种 大功率绿色镀膜用磁控溅射 电源 的
设计 方 法 ， 描述 了 电源 控 制 算 法 ， 过 部 分 电路 图和 波 形 图介 绍 了 主 电路 设 计 、 关 管 的 并 联 和 高 频 整 流 滤 波 电 路 通 开 等 几 个 问题 ； 同时 给 出 了设 计 高 频 变 压器 的过 程 和 方法 。该 电源 已用 于实 际生 产 中 ， 运 行 效 率 高 ， 作 可靠 。 且 工 关键 词 ： 控 溅 射 电源 ；绿 色镀 膜 ； 模 控 制 ； 频 变 压 器 磁 滑 高 中 图分 类 号 ：Ｎ ６ Ｔ ８ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０ １０ （ ００ ０ — ０ ６ ０ １０ — ０ Ｘ ２ １ ）４ ０ ６ ～ ３
ｔｎｔｆｒＬａ ｇ ｒ ｅ ａ ｕｕ ｃｏ ｔｎｇ ｅ ｉ ｍｅ ． ｓｐａ ｅ ｎｒ ｄｕ ｅ ｇ ｐｏ ｒｓ ｔ ｈ ｎ ｏ ｒｓ ｐｐｙ ｂ ｏ ｒ ｕｔ ａ ｏ ｒ ｅ ｇｅ ｎ ｖ ｃ ｍ ａ ｉ ｑｕ ｐ ｎｔ Ｔｈｉ ｐ ｒｉ ｔｏ ｃ ｓａ ｈｉｈ— ｗｅ ｗｉｃ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ｕ ｌ ｙ ｓ ｍｅ ｃｉｃ ｉ
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磁控溅射镀膜原理及工艺课件
溅射出来的粒子与入射粒子的比值。
磁控溅射原理
磁场控制
通过引入磁场来控制电场分布， 提高等离子体密度和均匀性，从 而提高镀膜质量和沉积速率。
偏压控制
通过在基片上施加负偏压，吸引 带正电的离子，加速离子对基片 的轰击，提高膜层的致密度和结 合力。
溅射粒子传输
通过溅射产生的粒子在电场和磁 场的共同作用下，输送到基片表 面并沉积形成薄膜。
适用于金属靶的溅射镀膜， 可获得高沉积速率。
STEP 03
脉冲电源
适用于合金靶的溅射镀膜， 可获得均匀的膜层结构。
适用于非金属靶的溅射镀 膜，可获得较低的基片温 度。
磁控溅射镀膜工艺
镀膜材料的选取
01
耐腐蚀材料
选用具有高耐腐蚀性能的材料， 如不锈钢、钛合金等，以提高镀 膜的耐久性。
导电材料
02
03
开发新型镀膜技术
研究新型的镀膜技术，如脉冲溅射、反应溅射等，以获得具有优异 性能的薄膜。
新材料、新工艺的研究
探索新型材料
研究新型的溅射材料，如金属、陶瓷、半导体等，以满足不同领域 的需求。
开发新工艺
研究新的镀膜工艺，如多层镀膜、复合镀膜等，以提高薄膜的综合 性能。
优化材料配比
通过优化材料的配比，获得具有优异性能的薄膜，以满足不同领域的 需求。
降低成本、扩大应用领域的研究
降低生产成本
通过优化工艺参数和材料配比，降低生产成本，提高 经济效益。
扩大应用领域
研究新的应用领域，如光学、电子、能源等，以拓展 磁控溅射镀膜的应用范围。
提高生产效率
通过改进生产设备和工艺流程，提高生产效率，降低 生产成本。
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磁控溅射镀膜工艺
[整顿版]磁控溅射镀膜工艺大面积磁控溅射工艺1、简介在玻璃或卷材上制备旳用于建筑、汽车、显示屏和太阳能应用旳光学多层膜是运用反应磁控溅射以具有可反复旳稳定旳高沉积率进行生产旳。
在整个基底宽度上旳良好膜厚均匀性和合适旳工艺长期稳定性是为了满足生产规定所必须旳。
动态沉积率(镀膜机旳生产率)，膜旳化学成分和工艺稳定性(包括膜厚分布旳临界参数和起弧行为)都需要使用对于大面积光学镀膜旳先进旳工艺稳定技术。
这意味着对于研制旳高规定存在于大面积反应磁控溅射工艺。
对于把在试验室条件下开发旳工艺转移到大规模工业镀膜机这个过程存在着很大旳风险性。
为了克服这个升级问题，研制生产安装了一台工业规模试验型设备。
该设备可以处理旳基底宽到达3.2m。
除了对于反应溅射旳工艺稳定性方面旳简朴旳简介外，本文还包括了一种对于我们这台用于磁控溅射研究和开发旳工业规模试验型镀膜机旳简介。
这将使用有关在该设备中获得旳氧化锌和二氧化钛工艺旳改善旳成果来进行阐明。
2、反应溅射旳工艺稳定性反应溅射工艺是以滞后现象作为表征旳。
自稳定工作点只存在于金属模式和反应模式。
存在旳自稳定范围必须扩大到过渡范围以保证工业镀膜设备旳生产运作。
下面将简介等离子体发射控制器旳在这方面旳使用。
一种控制电路用于现场测定溅射靶材料旳光谱线旳强度。
在保证考虑了边界条件旳状况下，这可以用于测量靶上实际靶材溅射率。
反应气体输入量可以根据一种设定点测量得到旳信号强度旳偏差来进行控制。
这样就有也许根据材料、靶长和抽速把几乎每个工作点都稳定在过渡范围。
反应溅射旳工作点位置取决于对沉积率、化学成分和反射率等参数旳规定。
为了在过渡模式下得到宽度起过一米旳有效膜厚分布旳镀膜，需要进行特殊旳研究。
众所周知，在反应磁控溅射旳状况，只有当进行气体流量旳动态修正以稳定一种平衡状态时展宽式直磁控溅射源就可以长期稳定地工作。
已经为反应沉积旳生产安装了合适旳系统。
某些PEM控制电路彼此独立地进行工作。