磁控濺射電源的主要功能是濺射過程中產(chǎn)生的電弧。在磁控濺射中，電弧的存在會使磁控濺射電源的工作穩(wěn)定性、靶材的濺射質(zhì)量和濺射率發(fā)生較大變化，因此要抑制電弧產(chǎn)生。在電源運行中，利用控制電路對其進行調(diào)整，使其達到最佳工作狀態(tài)。

為了實現(xiàn)這一功能，首先要了解電弧產(chǎn)生的過程。在磁控濺射中，電弧的產(chǎn)生有以下幾個階段：

1.在濺射靶和基片之間存在等離子體（主要是氧氣）時，等離子體處于高溫高壓狀態(tài)。這一階段是弧柱產(chǎn)生和生長的階段，也是弧柱形成過程中最容易出現(xiàn)電弧的階段。

3.在基片和靶材之間存在等離子體時，離子以一定角度撞擊靶材表面時會產(chǎn)生沖擊效應(yīng)。這一階段是電弧發(fā)生并形成的過程。

4.在基片和靶材之間存在等離子體時，由于磁場強度和電流密度分布不均勻而產(chǎn)生磁場梯度效應(yīng)。

5.當基片和靶材之間存在等離子體時，由于等離子體的熱效應(yīng)而產(chǎn)生熱量，使基片溫度升高。

1.磁控濺射電源的基本結(jié)構(gòu)

磁控濺射電源通常由主電源、控制電路、冷卻系統(tǒng)等幾部分組成，如圖1所示。主電源產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流濾波后，供給直流24V電源。控制電路用來對整流橋功率進行控制，輸出穩(wěn)定的交流電壓，供給調(diào)節(jié)回路中的調(diào)整變壓器進行整流濾波。保護電路采用限流電路和過流保護電路，當電源輸出電流超過規(guī)定值時進行保護。

2.工作原理

磁控濺射電源的抑弧功能就是通過控制電路使磁控濺射電源在濺射過程中自動調(diào)節(jié)磁場、電流、電壓，使電弧產(chǎn)生的可能性減小，最終達到抑制電弧產(chǎn)生的目的。這一功能主要由脈沖電源電路實現(xiàn)，其工作原理如圖1所示。

在磁控濺射電源工作時，控制電路使脈沖電源的兩路脈沖同時開通和關(guān)閉。其中一路為“開”脈沖，另一路為“關(guān)”脈沖。當“開”脈沖發(fā)生時，使真空室處于高壓狀態(tài)，而“關(guān)”脈沖發(fā)生時，則使真空室處于低壓狀態(tài)。

3.主要功能

（1）當在濺射靶和基片之間存在等離子體時，濺射靶表面的電流密度會減小。這種改變會引起等離子體的冷卻效應(yīng)，使等離子體的溫度降低，從而降低了電弧的電壓和電流密度。

這種效應(yīng)會使離子加速并向靶材表面移動。因此，通過控制電路可以改變磁場強度或磁場梯度分布。

（3）在磁控濺射電源工作中，電弧的形成和生長過程中最容易出現(xiàn)的階段是弧柱的形成和生長過程中。因此，要抑制電弧的產(chǎn)生，就必須使弧柱生長的階段變?yōu)樽钊菀壮霈F(xiàn)電弧的階段，從而抑制電弧的產(chǎn)生。

4.硬件組成

控制電路由 CPU、晶閘管、可控硅及其他元器件組成。它的功能是：

（1）根據(jù)負載電流調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，使其處于最佳導(dǎo)通狀態(tài)，并使其導(dǎo)通時間適當縮短。

（2）當可控硅達到其最大導(dǎo)通時間時，立即關(guān)斷晶閘管，使可控硅處于斷路狀態(tài)，從而防止弧柱的產(chǎn)生。

（3）當可控硅達到最小導(dǎo)通時間時，再控制晶閘管導(dǎo)通，從而將晶閘管的輸出電流限制在一定范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)電弧。

5.控制電路

抑制電弧的控制電路，主要由控制繼電器、晶閘管、電容器、可控硅組成。當觸發(fā)線圈通電時，可控硅導(dǎo)通角的變化可改變晶閘管的導(dǎo)通時間，從而改變觸發(fā)線圈的工作狀態(tài)；當晶閘管導(dǎo)通后，觸發(fā)線圈停止工作，電弧熄滅。當電容充電時，由于電容充放電的時間不同，因此可以通過調(diào)整電容器的容量來控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷。晶閘管關(guān)斷時間由可控硅導(dǎo)通角、電容器容量和電容放電時間組成。這三個參數(shù)的調(diào)節(jié)可有效地抑制電弧產(chǎn)生。

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