Источники электропитания для магнетронных распылительных систем серии APEL-M

После изобретения в конце семидесятых годов метода магнетронного распыления, он буквально в течение нескольких лет завоевал лидирующие позиции. В настоящее время метод магнетронного распыления является основным методом нанесения покрытий на подложки большой площади. Созданы десятки конструкций магнетронов, позволяющих наносить покрытия на подложки с площадью до 15 - 20 м², и имеющие мощность до 150 кВт. Однако, качество получаемых покрытий зависит не только от характеристик самого магнетрона, но и от источника питания для него. Современный источник питания для магнетронных распылительных систем это уже не просто трансформатор с падающей характеристикой и выпрямителем на выходе, а интеллектуальная система, реагирующая и на изменение внешних параметров и на процессы, происходящие в плазме разряда. Важнейшими характеристиками, определяющими качество источника питания для магнетрона, мы считаем:

1. Эффективное дугогашение.  Поскольку, процесс контрагирования разряда носит быстропротекающий характер, скорость реакции системы контроля должна быть очень высокой (порядка микросекунды). Создание мощных биполярных транзисторов  с изолированным затвором (IGBT) позволило решить эту проблему. В наиболее простой схеме дугоподавления такой транзистор устанавливается на выходе источника питания. При нормальной работе магнетрона он всегда открыт. Если же магнетронный разряд начинает переходить в дуговую стадию, то специальный датчик регистрирует это событие и транзистор закрывается. Время срабатывания защиты составляет около одной микросекунды. За этот промежуток в дуге выделяется энергия в несколько десятков миллиджоулей. При таком энерговыделении разогрева локальной точки поверхности катода до температур  термоэмиссии еще не происходит, поэтому если через некоторое время (0,1 - 1 мс) опять подать питание на магнетрон, то он нормально работает.

2. Возможность работы в импульсном режиме. В технологиях реактивного магнетронного распыления, особенно при нанесении "капризных" пленок (например оксида кремния) описанный метод дугогашения не столь эффективен. При частом срабатывании дугозащиты ускоряется "отравление" мишени, что приводит к увеличению частоты возникновения дуги окончательному отравлению мишени. Если на магнетрон подавать не постоянное, а импульсное напряжение, то с увеличением частоты импульсов вероятность образования дуг резко падает, а при частотах выше 50 - 60 кГц дуги не образуются совсем.

3. Для более эффективной борьбы с дугами источник питания может быть биполярным. В таком источнике в паузе между импульсами отрицательного напряжения на катод магнетрона подается небольшое положительное напряжение. При этом на катод течет электронный ток, снимающий заряд с диэлектрических включений на катоде. Биполярный источник питания позволяет работать с необычными мишенями, например, у нас есть опыт распыления мишени из прессованного порошка сульфида вольфрама. Исчезает проблема тренировки капризных мишеней (кремний, алюминий).

4. Наличие различных режимов стабилизации. Большинство применений магнетронных распылительных систем связано с нанесением многокомпонентных покрытий, например, оскидов, нитридов. Добавка реактивного газа существенно изменяет условия на поверхности распыляемой мишени и при некоторой критической концентрации приводит к "отравлению" мишени - формированию на ее поверхности оксидной (или нитридной) пленки. Поэтому оператор должен иметь возможность выбора наиболее подходящего режима стабилизации процесса (по току, напряжению, или мощности).

5. Возможность дистанционного управления. В современных технологических установках для нанесения многослойных покрытий на подложки большой площади может использоваться одновременно более десятка магнетронов и значительное количество других устройств, поэтому наличие микроконтроллерного управления зачастую является обязательным.

Перспективным видом магнетронного распыления является сильноточное импульсное распыление. Работа магнетронов в импульсном режиме с током разряда до сотен Ампер и даже килоампер позволяет получать пленки с уникальными характеристиками.

Но основе собственного опыта, общения с коллегами нами разработаны несколько серий источников питания для магнетронных распылительных систем:

 APEL-M-PDC - серия униполярных источников питания, включающая в себя источники малой мощности 1.5, 3 и 5 кВт, со средней мощностью 10 и 12 кВт, а также мощные модульные системы питания с выходной мощностью от 20 до 100 кВт. Блоки питания данной серии работают на постоянном токе и в униполярном импульсном режиме, с частотой формирования импульсов до 100 кГц.

APEL-M-BP -  серия  биполярных источники питания включает в себя ряд источников с малой выходной мощностью 1.5, 3 и 5 кВт, со средней мощностью 10 и 12 кВт, а также мощные модульные системы питания с выходной мощностью от 20 до 100 кВт.  Блоки питания данной серии работают на постоянном токе и в биполярном ассиметричном импульсном режиме, с частотой формирования импульсов до 100 кГц.

APEL-M-DU - серия источников питания для дуальных магнетронных распылительных систем мощностью от 5 до 100 кВт. Блоки данной серии позволяют формировать симметричные и ассиметричные биполярные импульсы с частотой от 1 до 50 кГц.

APEL-M-HPP - импульсные источники питания для сильноточного магнетронного распыления. 

Ниже приведены краткие характеристики этих  источников питания.  Подробные описания Вы можете найти в разделе Библиотека.