触发预电离一体化脉冲氙灯电源设计

采用高压触发预电离为一体+脉冲形成网络触发氙灯的技术路线,分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160 mmf9 mm、极间距70 mm的技术指标,成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300~900 V可调,光脉冲宽度为150 s20 s,光脉冲上升时间不超过90 s,触发延迟不超过90 s,触发抖动在2 s范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果,验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。     

触发预电离一体化脉冲氙灯电源设计

采用高压触发预电离为一体+脉冲形成网络触发氙灯的技术路线,分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160mm×9mm、极间距70mm的技术指标,成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300~900V可调,光脉冲宽度为150μs±20μs,光脉冲上升时间不超过90μs,触发延迟不超过90μs,触发抖动在±2μs范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果,验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。     

10 kV等离子体表面改性高压脉冲电源

研制的10 kV高压脉冲电源采用脉冲单元叠加技术,将12组相互独立的各脉冲单元模块串联起来,采用同步驱动技术,实现了10 kV的高压脉冲输出。可通过增减脉冲单元的数量,满足不同输出电压的需要,实现了模块化设计。该电源的性能指标为:脉冲电压幅值0.1~10.0 kV,脉冲频率0.2~2.0 kHz,脉冲占空比5%~30% ,脉冲电流幅值20 A,脉冲功率200 kW。试验结果表明：在等离子体负载条件下电源运行稳定、可靠。     

磁控溅射沉积薄膜预溅射时间的光谱诊断

利用Omni-λ300系列光栅光谱仪、CCD数据采集和处理系统以及光纤导光系统等构成的等离子体光谱分析系统,实现了实时获取射频磁控溅射过程中等离子体光谱,分别对NiTa,TiAl陶瓷靶,NiAl,TiAl合金靶四种靶材的磁控溅射过程产生的等离子体进行监测,以TaⅡ333.991 nm,NiⅠ362.473 nm,AlⅠ396.153 nm和TiⅠ398.176 nm为分析线,获得了分析谱线强度随时间的变化规律,并以此为依据确定了预溅射时间,同时研究了不同溅射功率和压强对预溅射时间的影响。     

双极性脉冲磁控溅射电源设计

双极性脉冲电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度20~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、脉冲电流最大幅值约150 A的双极性脉冲电源,分别给出了该电源在水电阻负载和等离子体负载下的实验结果。设计上采用DSP控制开关电源的方式对储能电容器进行恒流充电;综合应用FPGA,PLC及触摸屏组成人机交互系统,控制输出光脉冲信号,经负压偏置驱动后使桥式结构的脉冲形成网络产生正负交替双极性脉冲。通过大量实验论证,该电源解决了等离子体负载放电打弧等问题,达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。     

全固态双极性纳秒脉冲电源研制及应用

研制了一种双极性交替的纳秒高压脉冲电源,进行了双极性纳秒脉冲放电产生等离子体研究。该电源先通过固态开关IGBT将直流电压截断成电压脉冲,通过可饱和脉冲变压器拓扑,实现升压并缩短脉冲上升沿。该电源可在一个周期内输出极性相反的2个脉冲,且时序可以灵活控制。通过优化调整器件参数,研制了两种不同输出性能参数的双极性纳秒脉冲电源：①峰值电压10 kV、爆发模式脉冲重复频率500 kHz（正负脉冲间隔2 μs）、连续重复频率1 kHz;②峰值电压25 kV、爆发重频200 kHz、连续重频600 Hz。测试电源的运行性能,发现电源存在温度升高的情况,但长时间（＞0.5 h）运行温度趋于稳定。10 kV电源连续运行在1 kHz时最高温度点50.5 ℃;25 kV电源连续运行在600 Hz时最高温度点60 ℃。利用该电源驱动线板电极阵列和表面介质阻挡放电结构,证实了该电源可以用于常压空气条件下产生大面积等离子体。     

等离子体电极电光开关驱动电源系统

 介绍了通光口径为300mm×300mm的等离子体电极电光开关驱动电源系统原理。该系统能产生时序上严格关联的两路幅值3kV、脉宽为500ms预电离高压脉冲；两路电压幅值为7kV、电流峰值为2kA的阻尼大电流、低抖动主放电脉冲；一路幅值为12kV、脉宽500ns低抖动矩形高压开关脉冲。这五路高压脉冲通过3根同轴电缆加载到充有惰性气体的纵向普克尔盒两边的阴阳电极上，对激光形成等离子体电极电光开关。     

一种真空离子溅射镀膜设备控制软件的设计

目前国内外的真空离子镀膜控制软件,都不具有重构功能,导致设备的功能有限,也不能任意修改镀膜程序,且自动化程度也不高;针对这种情况,设计了一种控制软件,以工业计算机为核心,使用Visual Basic.net编程语言编制软件,采用专家系统结构,在Windows操作系统环境下,通过计算机标准接口,控制真空设备中各种常用的部件,可根据产品的需求灵活配置真空镀膜设备;建立了控制指令集,可支持用户自选的光学膜厚仪,具有自主编程功能,可按不同工艺重构镀膜程序;该控制软件已经成功的应用于真空离子溅射镀膜设备,实现了计算机对镀膜设备的自动化智能控制,以及镀膜过程的24小时无人值守。     

高压耦合高功率脉冲磁控溅射的增强放电效应

等离子体源离子注入与沉积技术作为一种可生产高结合力、高致密度涂层的真空镀膜技术,具有广阔的应用前景,尤其适用于高载荷工况下服役的功能涂层制备.该技术中金属等离子体源是关键,而现有的脉冲阴极弧源结构复杂,且由于伴随"金属液滴"而需要增加过滤装置.本文研究了另一种简单结构的金属等离子体源备选一高功率脉冲磁控溅射源(HPPMS)的放电特性,采用等离子体发射光谱仪探索了不同的耦合高压对HPPMS放电靶电流特性和等离子体特性的作用.发现耦合高压对HPPMS放电有明显的促进作用,相同靶电压下的放电强度大幅增加,相对于金属放电,耦合高压对气体放电的促进作用更加明显,但在自溅射为主的高压放电阶段对金属放电的促进作用明显增强.讨论了耦合高压对HPPMS放电的增强机制,发现耦合高压自辉光放电、耦合高压和HPPMS电压构成双向负压形成的空心阴极效应,以及耦合高压鞘层改善的双极扩散效应都对HPPMS放电的增强有明显作用.     

筒内高功率脉冲磁控放电的电磁控制与优化

高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术被提出以来就受到广泛关注,其较高的溅射材料离化率结合适当的电磁控制,可产生高致密度、高结合力和高综合性能的涂层,但其沉积速率低、放电不稳定、溅射材料离化率差异较大.我们设计了一种筒形溅射源,通过对结构的设计优化,利用类空心阴极放电效应,使问题得到解决.然而其靶面切向磁场不均匀,电子逃逸严重,进而造成等离子体密度偏低,且放电不均匀.本文通过对其放电和等离子体分布进行仿真,提出电场阻挡和磁铁补偿两种方案,研究了不同电场控制条件下的放电行为和等离子体分布.结果表明:增加电子阻挡屏极可以生成势阱,从而有效抑制电子从边缘的逸出;优化后的磁铁补偿可以显著提高靶面横向磁场的均匀性及靶面利用率.两种方案同时作用时,Hi PIMS放电刻蚀环面积更大、且更加均匀.     

MW-ECR PE-UMS等离子体特性及对Zr-N薄膜结构性能的影响

采用静电探针技术对微波电子回旋共振(MW-ECR) 等离子体进行了诊断,利用等离子体增强 非平衡磁控溅射(PE-UMS)法在常温下制备了Zr-N薄膜, 通过EPMA，XRD，显微硬度对膜的 结构和性能进行评价.实验结果表明，随氮气流量增加，总的等离子体密度从807×10⁹c m^-3增加到831×10⁹cm^-3然后逐渐减小为752×10 ⁹cm^-3；而N₂⁺密度则从312×10^{8< /sup>cm-3线性递增到335×109cm-3；电子温度变化 不大.对薄膜而言，随N₂+密度增大，样品中氮含量增加，而晶粒逐 渐变小，当样品中N/ Zr原子比达到14时，薄膜中出现亚稳态的Zr₃N₄相以及非晶相， 在更高氮流量下，整 个薄膜转变为非晶态.与此相应，薄膜硬度由最初的225GPa增大到2678GPa 然后逐渐减 小到1982GPa. 关键词： 氮化锆薄膜 ECR等离子体 磁控溅射 诊断}     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

一种用于触发引燃管的脉冲电源

设计了一种单电源的变压器型高电压、大电流脉冲源。该电源只有一套放电电容,以晶闸管作为放电开关,单原边双副边的脉冲变压器作为传输线。利用二极管的单向导通特性,使变压器根据负载不同的工况运行在不同的状态,分时输出高电压、大电流脉冲。该设计利用变压器在空间上将高压输出回路和低压控制回路隔离,与一般的双电源设计方式相比,降低了驱动电路的成本,减少了装置的体积,有利于设备的小型化和紧凑化。试验结果表明：当原边18 μF的储能电容充电电压为700 V时,通过晶闸管开关控制电容向2 ∶2 ∶20的单原边双副边脉冲变压器放电,副边开路时输出幅值7.6 kV、上升沿432 ns的开路电压,副边短路时输出幅值690 A、半高宽15.6 μs、前沿7.0 μs的短路电流,满足NL37248引燃管的触发要求。     

��ƽ��ſؽ����������Ƶ������

利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。     

高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征

本文从放电靶电流出发,采用一种新的研究方法,即将靶电流分解为多个代表具体放电特性的特征参数,全面而系统的研究了不同的工作气压条件下,靶电流各特征参数随靶电压的增加而进行的演化.结果发现高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)放电靶电流在靶电压由低向高增加的过程中,出现靶电流峰值和平台值的交替变化,体现出明显的阶段性放电特征,且不同的放电阶段在不同气压下出现一定的移动,会在测量范围内出现某些放电阶段的缺失.本文还通过等离子体发射光谱对HPPMS放电靶前等离子体测量发现五个不同的放电阶段分别主要对应氩原子、铬原子、氩离子、铬离子和氩、铬高价离子的放电,但不同的放电条件下相邻的阶段会出现一定程度的交叠.     

非平衡磁控溅射等离子体频谱特征

利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。