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磁控溅射、偏压电源、条形离子源怎样匹配合适的功率

溅射靶材 2020-06-05 22:56

  一.中频电源

  依据需要驱动工作的磁控靶有效工作总表面积以及要运行的电流密度来 计算出所需总电流强度,从而选定中频电源。举例如下:假设负载为圆柱靶,外径75mm、有效长度1100mm,则计算如下:总电流I = 靶外径7.5cm * 3.14 *有效长度110cm * 磁场圆周角度a/总圆周度360 *靶数2*i 通常,磁场圆周角度a有120和360两种。用户须按磁控靶的真实结构度数计算(此例中假设a=360)电流密度i可取5~30mA/c㎡。电流密度小,则溅射速率较低;电流密度大,溅射速率相应提高,但是需要更强的磁场强度和冷却速率。在目前的制靶工艺水准下,推介取i=10~15 mA/c㎡=0.01~0.015 A/c㎡ 。则有 I = 7.5*3.14*110*360/360*2*0.01(~0.015) = 51.8~77.7 A,对应的可以选用50kW中频电源或70kW中频电源。如果a=120,则可计算出选用30kW中频电源是比较合适的。

  特别需要注意的是,如果靶材是镍或者石墨等,因其起辉较其他靶材更困难,则需要采购空载电压≥1200V的中频电源,该电源的工作电压200~1000V,最大输出电流比标准式电源的相应减小20% ,总的最大输出功率维持不变。直流磁控以及单极脉冲磁控溅射电源的选型与此类似,只不过考虑磁控靶有效工作总面积时只需要计算其驱动的单个靶面。

  二. 偏压电源

  用于多弧离子镀的偏压电源依据同时工作的多弧靶的数量及其需要的最大离化电流来计算出所需总电流强度,从而选定偏压电源。通常,多弧靶工作于70 ~100A时离化电流约3A,工作于150A时离化电流约5A。举例如下:对于14个工作于100A以下的多弧靶,最大弧离化电流为3 * 14 = 42 A。则可以选用50kW单极脉冲偏压电源。

  用于纯粹的磁控溅射或者玻璃镀膜应用的偏压电源,通常选用10~20kW的单极脉冲偏压电源就能够满足使用要求。其中对于金属件镀膜,可根据工件的表面积总和来选取,通常按照每平方米5~10A计算。

  三. 条形离子源电源估算

  离子源的电压和电流取决于其工艺目的用途:离子源的工作电压决定了其“喷出”离子的能量。当使用于清洗活化绝缘材料时,因其容易表面电荷积累导致放电拉弧,故离子的喷射量要较小但需要的能量较高,此时工作电压上限可以做到2000V甚至更高,1.3M长度的离子源需要电流视工件流转速度可在3~6A之间;

  当时用于清洗金属件材料时,因其导电性较好则表面电荷不易积累放电,故离子的喷射量可以较大而需要的能量较低,此时工作电压上限可以做到1000V至1200V、1.3M长度的离子源需要电流视工件流转速度可在6~8A之间。

  以我们公司做过的条形离子源来看,长度为1000~2000mm的条形离子源,配置电源功率10kW 就基本上满足全部的使用要求;其额定电压、电流的上限依据具体用途而定。

  四.余量考虑

  对于长时间连续工作的真空镀膜机或镀膜流水生产线,电源不可一直在最大输出电流的峰值下运行。虽然电源在设计制造时已经有合理冗余及自动保护措施,但仍然通常建议连续工作的电流使用不超过最大电流值的80% 。

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