Главная   —   Каталог   —   Источники питания для магнетронного распыления импульсами высокой мощности  —   Униполярные импульсные источники питания для сильноточного магнетронного распыления

Униполярные импульсные источники питания для сильноточного магнетронного распыления

Серия: HIPIMS

Униполярные импульсные источники питания для сильноточного магнетронного распыления Оформить заказ
 

Источники питания серии HIPIMS являются источниками униполярных импульсов напряжения отрицательной полярности, обеспечивающие среднюю выходную мощность 2, 5, 10, 20 …100 кВт, максимальную импульсную мощность от 0.1 до 2 МВт, частоту формирования импульсов от 10 Гц до 30 кГц, длительность 5 - 250 мкс, максимальное выходное напряжение от 1 кВ до 3 кВ.

Упрощенная структурная схема HIPIMS униполярного источника приведена на рис. 1. Ключевую роль в схеме выполняет формирователь выходных сильноточных импульсов. Его основными элементами являются: накопительная емкость, которая заряжается первичным AC/DC преобразователем, и мощный полупроводниковый ключ, коммутирующий емкость с нагрузкой. Именно конструкция выходного формирователя отличает HIPIMS источник питания от других источников питания для магнетронных распылительных систем. В чем же заключаются его основные особенности?

Рис. 1. Структурная схема HIPIMS источника питания

Характерной чертой формирователя выходных сильноточных импульсов является низкое внутреннее выходное активное сопротивление и индуктивность. Низкое выходное сопротивление позволяет минимизировать активные потери при высокой амплитуде разрядного тока. Благодаря малой выходной индуктивности предотвращается искажение формы выходных импульсов напряжения, а скорость роста тока определяется процессами генерации носителей в разрядном промежутке. Кроме того, уменьшение индуктивности приводит к сокращению энергии, запасаемой в выходном контуре источника питания.

С точки зрения нагрузки магнетронная распылительная система обладает нелинейным характером. Нелинейность вольт-амперной характеристики ярко проявляется в сильноточных режимах. Изменение напряжения всего на несколько десятков вольт приводит к изменению разрядного тока на сотни ампер.  Чтобы поддерживать высокий импульсный ток в течение всей длительности импульса (обычно не более 250 мкс), необходимо предотвращать чрезмерное падение напряжения на накопительной емкости формирователя.  Поэтому в накопительных емкостях формирователя запасается большая энергия (около 1 кДж), значительно превышающая энергию одного импульса.  

Для обеспечения сильноточного импульсного режима магнетронного распыления, как правило, требуется более высокое напряжение, относительно классических режимов (DC,MF). Используя модульную конструкцию, в которой требуемая величина выходного тока и напряжения достигается путем соединения однотипных ячеек, мы реализовали источники питания с различным максимальным выходным напряжением. Для сильноточного распыления: 1000 В, 1200 В, 1500 и 1800 В. На основе разработанных схем также возможна реализация сильноточных модификаций с выходным напряжением: 2100, 2400, 2700 и 3000 В.  Параметры источников питания приведены в таблице ниже.

На рис. 2 приведена эпюра импульсов напряжения и тока на выходе HIPIMS источника питания. На рисунке также отображены основные параметры импульсов.

Рис. 2. Выходные импульсы напряжения и тока

В зависимости от выбранного режима стабилизации, в настройках может быть задана амплитуда прямоугольных импульсов напряжения Uhp-, средняя величина разрядного тока или средняя выходная мощность. Поскольку наши источники обладают свойствами источника напряжения, максимальное значение разрядного тока Ihp-  зависит от амплитуды и длительности импульса напряжения. 

Особенностью HIPIMS является продолжительная пауза между импульсами, которая может достигать нескольких единиц и даже десятков миллисекунд. В течение длительной паузы происходит рассеивание плазмы, сформированной предшествующим импульсом. В результате затрудняется инициирование разряда. Для надежного зажигания разряда в начале импульса напряжения используется блок дежурного разряда. В паузе между импульсами он обеспечивает на выходе постоянное напряжение до 1000 В при токе не более 200 мА. Таким образом, постоянно поддерживается слабоионизированное состояние, существенно облегчающее формирование сильноточного импульса на начальном этапе.

В зависимости от длительности и амплитуды импульса напряжения форма выходных импульсов тока может быть треугольной, либо трапецеидальной. На рис. 3 приведены осциллограммы, демонстрирующие характерные формы импульсов сильнотояного разряда. В первом случае (рис. 3.а) импульс имеет достаточно большую длительность (приблизительно 100 мкс). В течение длительности импульса в плазме магнетронного разряда устанавливается равновесное состояние и прекращается рост тока на уровне, который соответствует приложенному напряжению. Если уменьшить длительность импульса, то его форма примет треугольный вид, как показано на рис. 3.б. 

(а) (б)

Рис. 3. Форма импульсов напряжения и тока на выходе источника питания HIPIMS: (а) большая длительность импульса, (б) маленькая длительность импульса.

В случае возникновения катодного пятна на поверхности мишени магнетрона и перехода магнетронного разряда в дуговой происходит резкое увеличение проводимости разрядного промежутка. Поскольку источник обладает свойствами источника напряжения, на выходе начинается быстрый рост тока, как показано на рис. 4. Источник питания детектирует дугу по падению напряжения или увеличению тока выше порогового значения и отключает выходное отрицательное напряжение. После выключения источника энергия, запасеннная в индуктивности выходного кабеля, рекуперируется обратно в накопительную емкость формирователя импульсов. Таким образом уменьшается время существования дуги и её энергия.

Рис. 4. Возникновение дуги во время сильноточного импульса.

 В таблицах ниже приведены общие  параметры источников питания для сильноточного импульсного магнетронного распыления, а также индивидуальные параметры конкретных моделей. Цены на источники питания APEL-HIPIMS для дуальных МРС можно посмотреть, перйдя по ссылке!!!.

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Входное напряжение 3x380В, 50/60Гц
Напряжение блока дежурного разряда 1000 В
Тип выходного напряжения отрицательное постоянное, отрицательное импульсное
Диапазон регулирования частоты импульса  10 Гц ÷ 30 кГц, шаг 10 ÷  100 Гц
Длительность импульсов  5 ÷ 250 мкс
Режимы стабилизации максимальное импульсное напряжение, средний разрядный ток, средняя выходная мощность
Точность стабилизации не хуже 3%
Время реакции на дугу 1 мкс
Индикация ЖК-дисплей
Охлаждение воздушное
Блокировочный вход есть
Интерфейс и протокол упраления
RS-485, RTU ModBus

 

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Мощность Напряжение  Средний ток Максимальный ток  Размер
APEL-1.5HIPIMS
0.1 ÷ 1.5 кВт 80 ÷ 800 В
0.1 ÷ 1.9 А 150 А  3U
100 ÷ 1000 В 0.1 ÷ 1.5 А  150 А
100 ÷ 1200 В 0.1 ÷ 1.3 А 150 А
100 ÷ 1500 В 0.1 ÷ 1.0 А 150 А
100 ÷ 1800 В 0.1 ÷ 0.8 А  150 А
APEL-3HIPIMS
0.1 ÷ 3.0 кВт 80÷800 В 0.1 ÷ 3.8 А 200 / 400 А

3U

80÷1000 В 0.1 ÷ 3.0 А  200 / 400 А
100÷1200 В 0.1 ÷ 2.5 А  200 / 400 А
100÷1500 В 0.1 ÷ 2.0 А  200 А
100÷1800 В 0.1 ÷ 1.7 А  200 А
APEL-5HIPIMS
   0.1 ÷ 5.0 кВт 80÷800 В 0.1 ÷ 6.3 А    200 / 400 А  4U   
 100÷1000 В 0.1 ÷ 5.0 А  200 / 400 А
100÷1000 В 0.1 ÷ 5.0 А   1000 / 2000 А  6U 
100÷1200 В 0.1 ÷ 4.2 А   200 / 400 A  4U 
100÷1500 В 0.1 ÷ 3.3 А   200
 100÷1800 В 0.1 ÷ 2.8 А   200
 APEL-10HIPIMS
   0.1 ÷ 10.0 кВт   80÷800 В 0.1 ÷ 12.6 А    400 / 800 А 8U
100÷1000 В  0.1 ÷ 10.0 А     400 / 800 А
 100÷1000 В  0.1 ÷ 10.0 А 2000 / 4000 A  12U
 100÷1200 В  0.1 ÷ 8.3 А 400 / 800  8U
 100÷1500 В 0.1 ÷6.7 А 400
 100÷1800 В 0.1 ÷ 5.6 А 400
 APEL-20HIPIMS
 0.2 ÷ 20.0 кВт    80÷800 В 0.2 ÷ 25.0 А     800 / 1600  8U 
100÷1000 В 0.2 ÷ 20.0 А    800 / 1600
100÷1000 В 0.2 ÷ 20.0 А 3000 / 4000 A 12 - 18U
100÷1200 В 0.2 ÷ 16.7 А 800/1600 A  8U 
100÷1500 В 0.2 ÷ 13.3 А 800 A
100÷1800 В 0.2 ÷ 11.1 А 800 A

Смотрите также другие разделы, касающиеся сильноточного импульсного магнетронного распыления:

  • HIPIMS BP - биполярные источники питания для сильноточного импульсного магнетронного распыления
  • HIPIMS+MF(DC) - комбинированные системы электропитания, объединяющие сильноточное импульсное магнетронное распыление c распылением на постоянном токе (DCms) или среднечастотным импульсным распылением (MFms)
  • HIPIMS+SB - системы электропитание, обеспечивающие формирование сильноточных импульсов для питания магнетронных распылительных систем и сфазированных с ними импульсов смещения подложки
  • HIPIMS DU - сильноточные импульсные источники питания для дуальных магнетронных распылительных систем
  • MPPMS - источники электропитания для модулированного магнетронного распыления импульсами высокой мощности