偏壓電源（Bias power supply ）是真空電弧離子鍍及其它設(shè)備中一個(gè)重要組件，在真空離子鍍膜中，偏壓電源的好壞對(duì)于成膜質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用。偏壓（Bias)是指在鍍膜過(guò)程中施加在基體上的負(fù)電壓。偏壓電源的正極接到真空室上，同時(shí)真空室接地，偏壓的負(fù)極接到工件上。由于大地的電壓一般認(rèn)為是零電位，所以工件上的電壓習(xí)慣說(shuō)負(fù)偏壓



負(fù)偏壓的作用

1.提高真空等離子體內(nèi)帶電粒子的能量，轟擊清洗所鍍工件表面，使工件表面經(jīng)受高能粒子撞擊后得到嶄新的表層，從而提高后續(xù)沉積膜層的結(jié)合力

2.通過(guò)偏壓轟擊，在膜層與基體之間生成一層與二者均相容的過(guò)渡金屬層，以便于膜層與基體結(jié)合。

3.靠不同的電壓輸出極性或方式改變沉積規(guī)則，調(diào)整膜層顏色與性能。

4.通過(guò)帶電離子的轟擊，對(duì)基片產(chǎn)生加熱效應(yīng)。

5.清理基片上吸附的氣體和油污等，有利于提高膜層結(jié)合強(qiáng)度。

6.活化基體表面。

7.對(duì)電弧離子鍍（Arc Ion Plating)中的大顆粒有凈化作用。



偏壓的分類

根據(jù)波形可分為：

直流偏壓





直流脈沖偏壓



主要特點(diǎn)

1.高頻單極性脈沖偏壓施壓在工件上，相比直流偏壓而言，由于存在電壓中斷間隙，能有效減少打火次數(shù)，保護(hù)工件表面。

2.脈沖間隙期間，工件表面積累的電荷可以被中和，從而減少了表面電荷積累引起的打火。

3.高頻逆變技術(shù)中的快速關(guān)斷能力，能有效減少每次打火釋放的能量，即使在打火出現(xiàn)時(shí)，也能明顯降低工件表面大損傷程度。

4.脈沖間隙期間沉積到工件表面的離子能量很低。

5.可以通過(guò)調(diào)節(jié)頻率、占空比要改善和控制成膜速度和質(zhì)量。



直流疊加脈沖偏壓



主要特點(diǎn)

1.具有單極性脈沖偏壓電源的所有特點(diǎn)。

2. 直流和直流疊加脈沖模式下，消除了單極性脈沖間隙間離子能量很低的問(wèn)題。



雙極性脈沖偏壓



 主要特點(diǎn)

1. 負(fù)脈沖的作用同單極性脈沖偏壓電源，正脈沖的作用主要是吸引等離子體中的電子來(lái)中和工件表面的正電荷積累。因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，加速很容易，所以正脈沖的幅值遠(yuǎn)小于負(fù)脈沖幅值，通常為10～100V，正、負(fù)脈沖的電流積分應(yīng)相等。所以正電源的功率比負(fù)電源的功率小很多。

2. 當(dāng)正電源電壓為零時(shí)，雙極性脈沖偏壓就變成單極性脈沖偏壓。



偏壓電源的可調(diào)參數(shù)

偏壓幅值

占空比

頻率

波形



偏壓電源的重要特性

每分鐘的滅弧數(shù)量（單位每分鐘滅弧次數(shù)）

檢測(cè)大弧的靈敏度（mJ/kW 可檢測(cè)的電弧能量）

偏壓的負(fù)載特性

偏壓的工作負(fù)載為等離子體，當(dāng)使用直流偏壓的時(shí)候，等離子體表現(xiàn)為阻性；當(dāng)使用脈沖偏壓的時(shí)候，等離子體表現(xiàn)出阻性+容性，可以認(rèn)為是電阻和電容的串聯(lián)，容性產(chǎn)生的本質(zhì)是由基片表面的等離子鞘層引起。



直流偏壓和脈沖偏壓的比較

傳統(tǒng)的電弧離子鍍是在基片臺(tái)上施加直流負(fù)偏壓控制離子轟擊能量, 這種沉積工藝存在以下缺點(diǎn):

基體溫升高, 不利于在回火溫度低的基體上沉積硬質(zhì)膜。

高能離子轟擊造成嚴(yán)重的濺射, 不能簡(jiǎn)單通過(guò)提高離子轟擊能量合成高反應(yīng)閾能的硬質(zhì)薄膜。

直流偏壓電弧離子鍍工藝中,為了抑制正離子對(duì)基體表面連續(xù)轟擊而導(dǎo)致的基體溫度過(guò)高,主要采取減少沉積功率、縮短沉積時(shí)間、采用間歇沉積方式等措施來(lái)降低沉積溫度，這些措施可以概括地稱為能量控制法"這種方法雖然可以降低沉積溫度,但也使薄膜的某些性能下降,同時(shí)還降低了生產(chǎn)效率和薄膜質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此,難以推廣應(yīng)用。

脈沖偏壓電弧離子鍍工藝中,由于離子是以非連續(xù)的脈沖方式轟擊基體表面,所以通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖偏壓的占空比,可改變基體內(nèi)部與表面之間的溫度梯度,進(jìn)而改變基體內(nèi)部與表面之間熱的均衡補(bǔ)償效果,達(dá)到調(diào)控沉積溫度的目的。這樣就可以把施加偏壓的脈沖高度與工件溫度分開(互不影響或影響很小)調(diào)節(jié),利用高壓脈沖來(lái)獲得高能離子的轟擊效應(yīng)以改善薄膜的組織和性能,通過(guò)降低占空比來(lái)減小離子轟擊的總加熱效應(yīng)以降低沉積溫度。



偏壓對(duì)膜層的影響

偏壓對(duì)膜層的影響機(jī)制是很復(fù)雜的，很多公司和科研機(jī)構(gòu)做了大量研究，對(duì)不不同膜層和不同設(shè)備，影響的方式和結(jié)果有很大不同，下面列出了一些主要影響，可以根據(jù)自己的使用工藝，觀察總結(jié)，就可以很快摸清偏壓對(duì)膜層的影響規(guī)律。

膜層結(jié)構(gòu)、結(jié)晶構(gòu)造取向、組織結(jié)構(gòu)

沉積速率

大顆粒凈化

膜層硬度

膜層致密度

表面形貌

內(nèi)應(yīng)力
【返回列表】