基于DSP的磁控溅射电源的设计与实现

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磁控溅射电源原理

磁控溅射电源原理磁控溅射电源这玩意儿可神奇啦！咱们先来说说啥是磁控溅射。

简单来讲，就像是一场微观世界的“子弹射击战”。

材料原子或者分子被当成“子弹”，从一个地方“射”到另一个地方，然后在目标表面形成一层薄薄的膜。

而磁控溅射电源呢，就是这场“射击战”背后的“能量提供者”。

想象一下，这个电源就像是一个超级大力士，不断地给“射手们”加油打气，提供足够的力量让它们能够快速、准确地发射。

它输出的电能就像是一股强大的洪流，推动着整个溅射过程顺利进行。

那它到底是怎么做到的呢？其实啊，磁控溅射电源内部有一套复杂但又超级厉害的机制。

它能把输入的普通电能，通过一系列的魔法变换，变成适合磁控溅射工艺的特殊电能。

比如说，它得控制电压和电流的大小和变化。

这就好像是控制水龙头的水流大小一样，得恰到好处。

电压太高或者电流太大，可能会把整个过程搞砸；电压太低或者电流太小，又没办法让“子弹”有力地射出去。

所以，电源得时刻保持警惕，精准地调整这两个参数。

而且哦，这个电源还得特别稳定。

不能今天心情好输出的能量多，明天心情不好输出的能量少。

它得像一个靠谱的老朋友，始终保持稳定的输出，让磁控溅射过程能够一直顺利进行，不会出现一会儿好一会儿坏的情况。

另外呢，磁控溅射电源还得应对各种各样的外界干扰。

就像我们在生活中会遇到各种烦心事一样，它也会遇到电压波动、电磁干扰等等麻烦。

但是，它可不能被这些小困难打倒！它得有坚强的“内心”，通过各种巧妙的设计和技术，把这些干扰统统排除掉，保证自己能够稳定可靠地工作。

你看，磁控溅射电源虽然看起来只是一个小小的设备，但它在磁控溅射这个大舞台上可是起着至关重要的作用呢！没有它，就没有那一层又一层完美的薄膜，没有那些高科技产品的诞生。

所以说啊，可别小看了这个家伙，它虽然不大，但是能量满满，为我们的科技进步默默地贡献着自己的力量！怎么样，是不是觉得它很厉害呢？。

磁控溅射工作原理

磁控溅射工作原理
磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，其工作原理主要包括磁场控制和离子控制两部分。

具体的工作原理如下：
1. 磁场控制：磁控溅射系统中一般有一个磁控溅射靶，靶材通常为金属或合金。

该靶材被放置在真空腔室中，并通过电源提供一个较大的直流电流。

这个直流电流会在靶材上产生一个电弧，随后靶材表面的原子会被电弧的高温高能所击打。

2. 离子控制：一个电子枪会产生一个束流的电子，该束流电子被加速，并进入到真空腔室中。

这些高速运动的电子会和靶材表面被击打出来的原子发生碰撞，产生溅射过程。

在这个过程中，靶材上的原子会离开靶材表面，并以高速沉积到待膜的基底材料上。

通过以上两个过程的共同作用，磁控溅射技术可以实现薄膜材料的制备。

在具体操作中，可以通过调节电弧电流、电子束流密度和速度等参数来控制溅射的行为和薄膜的性质。

磁控溅射技术具有简单、灵活、无毒污染等优点，因此在材料制备和表面修饰等领域得到广泛应用。

磁控溅射技术的原理及应用

磁控溅射技术的原理及应用1. 磁控溅射技术简介磁控溅射技术是一种常用的薄膜沉积技术，通过将金属靶材溅射生成粒子或原子，在表面形成均匀且致密的薄膜覆盖层。

磁控溅射技术具有高效、环保、可控厚度等特点，广泛应用于材料科学、半导体制造、光学镀膜等领域。

2. 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术基于电离溅射原理，通过磁场控制靶材离子的行为，使其垂直击打到靶材表面，从而产生溅射现象。

主要的原理包括以下几个方面：•靶材电离：在磁控溅射设备中，将靶材通电，使其产生离子。

电离的方式包括直流电离、射频电离等，通过电离可使靶材中的金属原子或粒子脱离束缚并形成等离子体。

•磁场控制：通过磁铁或电磁铁产生磁场，使得等离子体中的离子在磁场的作用下呈现螺旋轨道运动。

磁场对离子运动的控制可改变其飞行路径，使其垂直击打到靶材表面，并增加溅射效率。

•沉积膜形成：靶材表面被离子击打后，产生大量的金属原子或粒子，它们在靶材表面扩散并沉积形成均匀的薄膜。

溅射过程中的离子能量、离子束流密度等参数的调控可以影响薄膜的组成、结构和性能。

3. 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术具有广泛的应用领域和潜力，主要包括以下几个方面：3.1 材料科学•薄膜制备：磁控溅射技术可以制备各种材料的薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

这些薄膜具有良好的致密性和附着力，在材料科学领域中起着重要作用。

•合金制备：通过磁控溅射技术，可以将两种或多种材料溅射在一起，制备出各种复合材料或合金。

这些合金具有独特的力学、电磁等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

3.2 半导体制造•集成电路制备：磁控溅射技术可以制备半导体材料的薄膜，作为集成电路的关键材料。

薄膜的制备过程中可以调控其成分和结构，从而改变其电学、光学等性能，满足集成电路的需求。

•光罩制备：在半导体工艺中，磁控溅射技术还可以制备光罩。

光罩是半导体制造中的重要工艺设备，用于制作集成电路的图案，对半导体工艺的精度和稳定性要求非常高。

磁控溅射电源控制算法的优化设计

磁控溅射电源控制算法的优化设计邵桂荣;苏世栋;杨立【期刊名称】《长春师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)003【摘要】Magnetron sputtering power is the key equipment of sputtering coating production equipment, and the instability of sputtering process would seriously affect the quality of coating. Therefore, the optimization design of control algorithm for the power is very important to improve the stability of sputtering process. In view of the power used in large vacuum film coating equipment, this article put forward the control method which combine gearshift integral PI control with repetitive control, introduced the design process of compound controller in detail, and verified the rationality of this method with MATLAB. A prototype was built in the laboratory, and the tests and operation results proved the correctness of the algorithm.%磁控溅射电源是磁控溅射镀膜生产装置中的关键设备之一,溅射过程中的不稳定严重影响镀膜的质量,因此电源控制算法的优化设计对改善溅射过程的稳定性至关重要。

脉冲磁控溅射电源控制策略的研究

脉冲磁控溅射电源控制策略的研究
磁控溅射（Pulsed-Magnetron-Sputtering, PMS）是一种广泛用于制造器件和材料表
面的表面改性技术。

它的工作原理是通过磁界控制低能量的离子流将受控环境中的原料沉
积到表面上。

然而，磁控溅射电源控制已成为一种普遍的挑战，这是因为它具有较复杂的
动态特性。

一种用于调节磁控溅射电源的策略是示波器调节（VTA）。

在VTA中，将电压
引入脉冲器，以产生所需要的搅驱脉冲。

然后，通过控制示波器振幅，可以改变冷却时间，从而控制溅射脉冲的宽度。

然而，VTA有一些缺点，即需要建立有限状态机（FSM）。

由于溅射反应的复杂性，电压引入FSM可能导致脉冲宽度和重复率的不一致，其可能会严重影响PMS表面覆盖物的性能。

为了改善这种情况，研究人员提出了一种具有三种不同模式的脉冲磁控溅射电源控制
策略。

由于策略使用了四极杆控制，因此可以同时实现高精度控制和被动控制。

由于策略
的参数可以有效地调节脉冲宽度和重复率，因此可以实现良好的性能。

在实验中取得了良
好的结果，并证明该策略具有很好的实际操作性能。

因此，脉冲磁控溅射电源控制策略是有效的，可以有效控制PMS表面覆盖物的性能。

这种控制策略可以有效改变脉冲宽度和重复率，可以有效控制被动响应，也可以有效改善
磁控溅射电源的性能。

使用这一策略，可以使得表面覆盖物具有良好的均一性和稳定性，
它也可以有效帮助制造器件和材料表面改性技术发挥最大效用。

磁控溅射电源控制算法的优化设计

外集中研究的是靶的优化设计、靶材的在线清洗等．电源的优化设计对溅射过程的稳定性起着不可忽视但的作用．
传统电源大多采用Ｐ控制『Ｉ３］，这基本可以满足小功率电源在工业生产的需要．但对于大功率的镀膜电源，存在电源与靶材的匹配较差、电路结构复杂、灵活性差等问题．随着嵌入式技术的发展，复杂控制算法的应用成为可能．文提出一种将变速积分Ｐ控制与重复控制相结合的复合控制方案，进而采用本Ｉ
Ｓｕｎ仿真模型中，［］ｉｌｋｍｉ／ｅ）采用ＳＦｎｔｎ（－ｕｃｏ来实现．ｉ
Ｍａ．０２ｒ２１
磁控溅射电源控制算法的优化设计
邵桂荣，苏世栋，杨
【摘
立
０４０）４００
（城学院物理与电子工程系，山西运城运
要】磁控溅射电源是磁控溅射镀膜生产装置中的关键设备之一，溅射过程中的不稳定严重影响镀
膜的质量，因此电源控制算法的优化设计对改善溅射过程的稳定性至关重要。本文针对大型真空镀膜
其中，［（）系数与误差当前值的关系为：ｌＰ尼］厂
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从式（３）中不难看出，当误差ｆ七增大时，）（ｆ／减小，反之增大，从而实现变速积分Ｐ控制．Ｉ在

磁控溅射原理详细介绍课件

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控制系统
用于控制溅射过程，包括真空度、电流、电压等参数的监测和控制。
磁控溅射的工作原理
气体放电
在真空室内，通过施加高压电场，使气体产生电离，产生等离子体。
粒子轰击
等离子体中的离子在电场作用下加速飞向阴极靶材，对靶材表面进行
轰击。
溅射
轰击导致靶材表面原子或分子从表面射出，形
成溅射粒子。
沉积
溅射粒子在基片上沉积形成薄膜。
磁控溅射的优缺点
高沉积速率
由于高密度的等离子体，使得溅射速率较高。
低温沉积
可在较低的温度下实现沉积，适用于某些热敏材料。
磁控溅射的优缺点
• 广泛的应用范围：可应用于金属、非金属、化合物等多种材料的沉积。
磁控溅射的优缺点
需要高真空环境
需要建立高真空环境，增加了设备成本和运行成本。
特性
高沉积速率、低基材温度、高附着力、大面积成膜等。
磁控溅射的物理过程
气体放电
在阴极和阳极之间施加高压直流电或射频电场，使气体产生电离产生等离子体。
靶材溅射
高速离子轰击靶材表面，将靶材原子从表面溅射出来。
真空环境建立
通过机械泵和分子泵等设备将真空室内气压降低到10^-5Pa 以下。
磁场控制电子运动
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体结构。
表面形貌
通过扫描电子显微镜视察薄膜的表面形貌。
物理性能
测量薄膜的硬度、弹性模量、热导率等物理性能。

磁控溅射高频脉冲(a2k)电源的研制1

磁控溅射高频脉冲(A-2K)电源的研制1中南民族大学硕士学位论文磁控溅射高频脉冲（A<'2>K）电源的研制姓名：刘亚东申请学位级别：硕士专业：等离子体物理指导教师：孙奉娄20080501摘要根据调研和文献，对不同的溅射技术进行了比较，针对脉冲磁控溅射（Pulse Megnetron Sputtering（PMS））的特点及受限于电源技术的瓶颈，提出了A2K（Active Arc Killer）电源指标：输出频率最高达300kHz，负向电压在0～-500V可调，负向最大峰值电流达2A，正向电压在0～100V可调，正向最大峰值电流达1A，负向占空比10％～60％范围可调的双向脉冲电源。

为了实现电源指标，分析了拟设计电源的难点：主要是受电力电子器件的限制，电压、电流和频率同时达到所需水平的电力电子器件目前在国内无法找到，即使找到了成本也是相当高。

因此，本文从结构上入手，提出了整体的电源解决方案，它由两个独立的DC/DC变换（分别用于调节正、负向电压）、一个斩波系统（用于形成正向脉冲）和一个逆变倍频系统（用于形成负向脉冲）构成。

逆变倍频系统及其与斩波系统的配合是核心问题，方案在一定程度上突破了电力电子器件的限制，为溅射电源设计提供了新的方案。

根据总体方案，详细论述了主电路的拓扑选择、功率器件的选择、磁性器件的设计、缓冲电路的选择、控制电路和驱动电路的设计。

在比较了各种拓扑优缺点之后，根据电源指标要求，选择了全桥电路作为负向调压系统的DC/DC变换拓扑，正激电路作为正向调压系统的DC/DC变换拓扑，逆变倍频系统也采用全桥逆变，副边采用可控整流。

由于对频率有较高要求，功率开关管全部采用功率MOSFET。

讨论了中高频下Miller效应对功率开关管驱动的影响及其解决方案，还讨论了缓冲电路的作用及参数选择。

本文还从工程经验上详细描述了电源调试中出现的问题和如何解决这些问题的详细过程。

调制中频高功率脉冲磁控溅射电源的设计

调制中频高功率脉冲磁控溅射电源的设计作者：张凤晓王浪平来源：《无线互联科技》2015年第18期X摘要：文章指出叠加直流的HPPMS技术有直流部分占空比较高和不可控制2大缺点，在做沉积薄膜实验时无法提供溅射所需的高功率，导致空比较低，溅射效率稍低的高功率脉冲产生。

为了解决问题，需要研制一台电源，并且该电源可以用中频调制脉冲高功率磁控溅射MPP（Modulated pulsed power），普通高功率磁控溅射系统中的直流部分可以用低频脉冲来代替，尽可能减少低频脉冲占空比并且可以确保充分预处理，使高功率脉冲占空比尽可能最大，提高系统的溅射效率。

关键词：调制脉冲；磁控溅射；HPPMS；MPP近年来，国外发展了HPPMS（高功率脉冲磁控溅射）技术，并且这种技术具备一定高的离化率和很好的薄膜性能，因此在技术领域有一定的影响力。

HPPMS的峰值功率高出普通磁控溅射达2个数量级；溅射材料离化率更是高达70%以上。

高功率脉冲磁控溅射技术目前在国内外得到了广泛的研究。

本文将在HPPMS的基础上设计研制一台基于MPP（Modulatedpulsed power）技术的脉冲电源，其特点是：要想使低频脉冲与高功率脉冲的占空比得到合理的控制必须采用起弧预处理低频脉冲来实现，通过变化电路参数使低频脉冲所占比例最小而高频脉冲最大，并确保可以有效的预处理，从而使电源在实际应用中的工作效率达到最大程度的提高。

1国内的研究现状现如今，我国现有的高功率脉冲磁控溅射电源有2种：（1）没有经过预处理，而使高功率脉冲信号加为负载。

不足之处在于：难以使高功率脉冲信号的峰值功率保持不变，电流过大可能会引起起弧打火；（2）用并联或者串联的形式来设计脉冲电源叠加直流。

其缺点是低频脉冲占空大和预处理时间长，但是由于很难控制直流部分占空比，出现高功率脉冲部分（对于金属离子的沉积具有实际意义的部分）占空比相对较低的情况，导致沉积效率在实际应用中也不理想。

高频射频电源在磁控溅射工艺中的应用研究

高频射频电源在磁控溅射工艺中的应用研究引言磁控溅射工艺是一种常见的薄膜沉积技术，广泛应用于不同领域的薄膜制备。

高频射频电源作为磁控溅射工艺的主要能量源，对薄膜的制备过程和性能具有重要影响。

本文将探讨高频射频电源在磁控溅射工艺中的应用研究，并分析其对薄膜制备过程和性能的影响。

一、磁控溅射工艺概述磁控溅射工艺是一种利用高能量带电粒子轰击靶材以产生薄膜的方法。

该工艺通过将靶材置于真空腔体内，使用气体放电产生的等离子体加速带电粒子，使其通过磁场控制的区域，然后撞击到靶材表面，使靶材的原子或分子脱落并沉积在基底上形成薄膜。

磁控溅射工艺具有成本低、工艺稳定等特点，广泛应用于光电子、化工、航空航天等领域。

二、高频射频电源介绍高频射频电源是磁控溅射工艺中的主要能量源，用于产生等离子体和控制离子束的能量。

高频射频电源的工作频率通常在13.56MHz左右，是薄膜制备中最常用的频率。

高频射频电源通过电磁场的耦合和能量传递，使得气体在腔体内产生放电等离子体，进而形成能量高、温度均匀分布的离子束。

在磁控溅射工艺中，高频射频电源的电流密度、功率密度和频率等参数对薄膜沉积速率、晶体结构和物理性能等具有重要影响。

三、高频射频电源的影响因素1. 电流密度高频射频电源的电流密度是影响溅射过程的重要参数之一。

适当的电流密度可以提供足够的能量，使得靶材表面的原子或分子脱落并沉积在基底上。

过低的电流密度会导致薄膜沉积速率低下，而过高的电流密度则可能造成靶材的过热和烧毁。

因此，选择合适的电流密度对于薄膜的制备至关重要。

2. 功率密度高频射频电源的功率密度是指单位面积上的能量输出量。

适当的功率密度可以提供充足的能量，加热离子束并提高薄膜沉积速率。

过低的功率密度会导致薄膜的致密性不足，而过高的功率密度则容易引起溅射过程中的局部过热和脱落不均匀。

因此，选择适当的功率密度是保证薄膜质量的关键因素。

3. 频率高频射频电源的频率直接影响到等离子体的产生和能量传递过程。

基于单片机的磁控溅射稳压开关电源设计

ｃａｌｐｌａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｙ．Ｍａｇｇｎｅｔｒｏｎｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｃｏａｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓ．Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｒｅｇｕｌａｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｉｔｈｈｉｇｈｐｏｗｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｄｅ —
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｃｕｕｍｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｉｎｒｇｉｆｌｍｃｏａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｈｅｍｉ —
・
１０６・
工业仪表与自动化装置
２０１４年第１期
基于单片机的磁控溅射稳压开关电源设计
周志文，马安仁

基于DSP的直流磁控溅射电源设计

０引言
真空磁控溅射镀膜技术是在真空环境下，将镀材溅射到被镀材料表面，这种镀膜方式具有操作工艺简单、镀层牢固、薄膜性能稳定、均匀性好、可沉积多层膜，同时膜离子能量一般高于热蒸发，容易获得附着力好、内应力小的薄膜。特别是与传统的化学电镀相比，具有环保、降耗、减排、根除电镀三废污染的特点，称为 “ 绿色镀膜 ” 。磁控溅射镀膜技术广泛应用于微电子、光学薄膜、材料等方面的薄膜沉积和表面覆盖层制备领域。在磁控靶工作时要在靶材与阴极之间加上电源，该电源称为磁控电源。在镀膜过程中可观察到
ＺＨＯＵＺｈｉｗｅｎ，ＷＡＮＧＸｉａｏｙａｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔＭｉｎｚｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３０１２４，Ｃｈｉｎａ）
ｓｉｇｎｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｈａｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｇｎｅｔｒｏｎｒｅｇｕｌａｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｉｔｈｈｉｇｈｐｏｗｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｉｃｆｉｅｎｃｙｉｓｄｅ —

一种磁控溅射装置的制造方法

一种磁控溅射装置的制造方法
一种磁控溅射装置的制造方法
第一步：设计磁控溅射装置
根据磁控溅射装置的结构特点，设计出满足用户要求的磁控溅射装置，本文以某某磁控溅射装置为例介绍制造方法，磁控溅射装置的主要结构由聚焦器、真空管、控制电路及夹紧系统四个部分组成。

第二步：准备材料
根据磁控溅射装置的设计，准备相应的材料，包括金属材料、绝缘材料、金属管件等。

第三步：准备工具
根据磁控溅射装置的设计，准备相应的工具，包括钻床、切割机、焊接机等。

第四步：组装第二部分
组装磁控溅射装置的第二部分——真空管，将真空管与金属管件结合，使真空管与管件之间形成密封，以确保真空管工作的效果。

第五步：组装控制电路
组装磁控溅射装置的第三部分——控制电路，将控制电路组装在磁控溅射装置的夹紧系统中，使真空管、控制电路及夹紧系统之间形成紧密联系，这样才能确保装置正常工作。

第六步：组装第一部分
组装磁控溅射装置的第一部分——聚焦器，将聚焦器结合在夹紧系统的电路上，使其与控制电路之间形成紧密联系，以确保磁控溅射
装置的正常工作。

第七步：校准及测试
将组装完成的磁控溅射装置安装在机床上，进行校准及测试，校准的结果可以确定磁控溅射装置是否能够满足用户的要求，测试的结果可以证明磁控溅射装置的服务寿命及其他性能。

以上就是磁控溅射装置的制造方法，在制造磁控溅射装置时，需要严格按照设计图纸进行组装，经过测试和校准后方可正常使用。