一種脈沖濺射電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁控濺射技術領域，特別是涉及一種脈沖濺射電源。
【背景技術】
[0002]薄膜沉積是在真空環(huán)境下，利用等離子體中的荷能離子轟擊靶材表面，使靶材上被轟擊出來的原子或離子沉積在基體表面生長成具有特定功能的薄膜。磁控濺射技術是薄膜沉積工藝的一種，是利用電磁場來控制真空室內氣體異常輝光放電中離子、電子的運動軌跡及分布狀況的濺射鍍膜工藝過程。
[0003]目前國內外研制的磁控濺射電源主要有直流濺射電源，射頻濺射電源，中頻濺射電源，脈沖濺射電源等幾種類型。中頻濺射、射頻濺射和脈沖濺射能夠克服直流濺射過程中在做反應膜時的電荷積累和放電，有效解決了靶中毒嚴重的現(xiàn)象，克服了濺射過程中陽極消失的現(xiàn)象。中頻濺射要求兩個孿生靶，并且濺射速率比脈沖濺射低，射頻濺射電源工作頻率在十幾兆赫茲，設備成本很高，而脈沖濺射可以在直流濺射設備上直接進行，只需單個靶材即可，濺射速率比中頻濺射高，工作頻率在幾十千赫茲，成本大大低于射頻濺射電源。脈沖濺射電源是采用矩形波電壓的脈沖電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流濺射電源進行薄膜沉積。
[0004]中國專利(申請?zhí)?CN201310024628)公開了一種高能量脈沖式磁控濺射方法及磁控濺射裝置，其中，該高能量脈沖式磁控濺射裝置，包括真空腔、抽真空設備、電源、中央控制單元，其特征在于，所述電源包括脈沖發(fā)生單元、偏壓電源和直流電源；所述偏壓電源連接于樣品上，所述直流電源連接于靶材上，所述脈沖發(fā)生單元通過數(shù)據(jù)線與中央控制單元連接，并且該脈沖發(fā)生單元由直流電源推動產生脈沖電流，并將該電流輸出至真空腔的靶材中。然而該高能量脈沖式磁控濺射裝置并沒有詳細記載磁控濺射裝置的電路結構組成，僅僅闡述了其工作原理，導致本領域技術人員無法根據(jù)其公開內容進行設計。
[0005]西安理工大學學報(2013年第29卷第2期，作者:陳桂濤等)公開了一種基于FPGA的新型非對稱雙極脈沖磁控濺射電源的研宄，該文獻研宄了基于FPGA的非對稱雙極脈沖電源，解決了磁控濺射工藝中遇到的共性問題，同時獲得了優(yōu)異的膜層性能和更寬的工藝范圍?？梢愿鶕?jù)磁控濺射電源工藝需求對雙向脈沖參數(shù)包括脈沖幅值、頻率、占空比，以及正負向個數(shù)和正向脈沖與負向脈沖之間的換向時間等自由調節(jié)。最后設計了一個6kff/100kHz樣機，前級采用兩個獨立的DC/DC變換器作為直流源，后級為一個非對稱脈沖發(fā)生器。采用Altera公司的FPGA(EP3C25Q240C8)作為數(shù)字處理器實現(xiàn)了電源的數(shù)字控制，同時對后級脈沖變換環(huán)節(jié)實現(xiàn)高自由度控制，通過實驗結果分析進一步驗證了設計的可行性。然而，該磁控濺射電源的矩形電壓生成部分采用全橋逆變加整流的方式實現(xiàn)，功率開關管數(shù)量多，電源成本增加，并且電源控制復雜，影響電源可靠性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種性能穩(wěn)定、成本較低、具有高脈沖峰值電壓的高功率脈沖磁控濺射電源。
[0007]本發(fā)明通過以下技術方案加以實現(xiàn):一種脈沖濺射電源，包括順序連接的三相整流電路、逆變電路、高頻變壓器、整流濾波電路、脈沖發(fā)生電路；其特征在于:還包括中央處理器、驅動電路、信號采集模塊、保護模塊、上位機、液晶顯示模塊、信號輸入模塊；所述中央處理器為ARM系統(tǒng)；所述信號采集模塊包括電壓采樣電路、電流采樣電路；所述保護模塊包括過流及短路保護電路；所述脈沖發(fā)生電路的輸出端一端接磁控濺射裝置基板另一端接磁控濺射裝置靶材。
[0008]優(yōu)選為:所述三相整流電路的輸入端與空氣開關輸出端連接；所述空氣開關的輸入端連接快速可恢復保險管。
[0009]優(yōu)選為:所述驅動電路包括對逆變電路的驅動和對脈沖發(fā)生電路的驅動；所述驅動電路的驅動信號是由ARM系統(tǒng)產生并經過光電隔離電路處理后生成的。
[0010]優(yōu)選為:所述電流采樣電路包括對所述整流濾波電路的輸出電流以及對脈沖發(fā)生電路的輸出電流采樣電路。
[0011]優(yōu)選為:所述電流采樣電路包括電流傳感器，所述電流傳感器采用霍爾電流傳感器。
[0012]優(yōu)選為:所述電壓采樣電路包括對所述整流濾波電路的輸出電壓以及對脈沖發(fā)生電路的輸出電壓采樣電路。
[0013]優(yōu)選為:所述電壓采樣電路、電流采樣電路經過A/D采樣電路后傳輸?shù)紸RM控制芯片。
[0014]優(yōu)選為:所述上位機與ARM系統(tǒng)之間的信號傳輸為無線傳輸，優(yōu)選為4G網絡傳輸。
[0015]優(yōu)選為:所述脈沖發(fā)生電路的結構為:包括開關管V輸出端連接于電感L抽頭a端；電感L抽頭ο端連接于直流電源電路負極，電感L抽頭b端與磁控濺射裝置靶材相連，開關管V輸入端與磁控濺射裝置基板共同相連于直流電源電路正極；所述開關管V的控制端與PWM控制電路連接；所述PWM控制電路生成PWM控制信號后經過光電隔離電路、驅動電路后控制所述脈沖發(fā)生電路中開關管的導通、關斷。
[0016]本發(fā)明公開一種基于上述脈沖濺射電源的控制方法。
[0017]有益效果:本發(fā)明解決現(xiàn)有技術中功率開關管過多造成的電源可靠性下降，提供一種動態(tài)特性好、成本較低、控制簡單可靠的一種脈沖濺射電源。
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明結構示意圖；
[0019]附圖2為本發(fā)明直流電源電路結構示意圖
[0020]附圖3為本發(fā)明脈沖發(fā)生電路結構示意圖；
[0021]附圖4為本發(fā)明電壓采樣電路示意圖；
[0022]附圖5為本發(fā)明電流采樣電路示意圖；
[0023]附圖6為本發(fā)明過流短路保護電路示意圖；
[0024]附圖7為本發(fā)明電壓采樣流程圖。
【具體實施方式】
[0025]參見附圖1所示。
[0026]一種脈沖濺射電源，包括順序連接的三相整流電路、逆變電路、高頻變壓器、整流濾波電路、脈沖發(fā)生電路；其特征在于:包括中央處理器、驅動電路、信號采集模塊、保護模塊、上位機、液晶顯示模塊、信號輸入模塊；所述中央處理器為ARM系統(tǒng)；所述信號采集模塊包括電壓采樣電路、電流采樣電路；所述保護模塊包括過流及短路保護電路。所述三相整流電路的輸入端與空氣開關輸出端連接；所述空氣開關的輸入端連接快速可恢復保險管。所述驅動電路包括對逆變電路的驅動和對脈沖發(fā)生電路的驅動；所述驅動電路的驅動信號是由ARM系統(tǒng)產生并經過光電隔離電路處理后生成的。所述電流采樣電路包括對所述整流濾波電路的輸出電流以及對脈沖發(fā)生電路的輸出電流采樣電路。所述電流采樣電路包括電流傳感器，所述電流傳感器采用霍爾電流傳感器。所述電壓采樣電路包括對所述整流濾波電路的輸出電壓以及對脈沖發(fā)生電路的輸出電壓采樣電路。所述電壓采樣電路、電流采樣電路經過A/D采樣電路后傳輸?shù)紸RM系統(tǒng)。所述上位機與ARM系統(tǒng)之間的信號傳輸為無線傳輸，優(yōu)選為4G網絡傳輸。所述ARM系統(tǒng)的信號輸入為鍵盤輸入或無線輸入；所述ARM系統(tǒng)的顯示為液晶顯示或數(shù)碼管顯示。
[0027]參見附圖2所示。所述三相整流電路、逆變電路、高頻變壓器、整流濾波組成直流電源電路。整流橋Dl及濾波電容C2組成三相整流電路；開關管Q1、開關管Q2、開關管Q3和開關管Q4組成逆變電路；T為高頻變壓器；整流橋D2、電感Lo、電容C4組成整流濾波電路。所述逆變電路中開關管Ql與開關管Q4、開關管Q2與開關管Q3交替導通與關斷。
[0028]三相380V交流電經整流電路后，變換為大小540V的直流電，經逆變電路，將直流電變換為20KHZ的交流電并送入高頻變壓器，進行升壓變換，高壓高頻交流電經過整流濾波變換為直流電。
[0029]ARM系統(tǒng)包括ARM微控制器:鍵盤輸入、液晶顯示主要負責電源參數(shù)的預置和電源工作狀態(tài)顯示，此外ARM系統(tǒng)其具有很強的通信能力，可通過專用接口實現(xiàn)與外部計算機間的通信，從而可以非常方便地實施網絡化管理與軟件控制程序的升級。ARM系統(tǒng)利用傳感器進行電流、電壓信號的采樣，并將電流、電壓反饋信號經過信號處理直接輸入ARM，通過ARM內部的A/D轉換器，將電流、電壓反饋的模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號；由鍵盤輸入的電流、電壓、頻率、脈沖寬度的給定信號以數(shù)字量的形式傳送給ARM ;ARM根據(jù)各信號給定值與反饋值，基于數(shù)字PID控制進行運算，產生PWM脈沖序列；ARM輸出的PWM信號通過光電隔離、驅動電路，控制逆變電路和脈沖發(fā)生電路中的功率開關器件IGBT的通斷，得到設定的輸出電壓和電流。所述ARM控制器優(yōu)選為ARM8。
[0030]參見附圖3所示。所述脈沖發(fā)生電路的結構為:包括開關管V輸出端連接于電感L抽頭a端，電感L抽頭ο端連接于直流電源電路負極，電感L抽頭b端與磁控濺射裝置靶材相連，開關管V輸入端與磁控濺射裝置基板共同相連于直流電源電路正極；所述開關管V的控制端與PWM控制電路連接；所述PWM控制電路生成PWM控制信號后經過光電隔離電路、驅動電路后控制所述脈沖發(fā)生電路中開關管的導通、關斷。所述脈沖發(fā)生電路的開關管V為IGBT管。
[0031]所述直流電源電路用于產生直流電，其電壓電流受PWM控制電路監(jiān)測與控制。所述脈沖發(fā)生電路用于產生高頻功率脈沖，其頻率和占空比受PWM控制電路控制。所述PWM控制電路用于采集電壓電流信號，發(fā)出直流電源電