[发明专利]一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路及控制方法

权利要求书

1. 一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，包括直流稳压电源（1）、主电路（2）、数字控制器（3）、驱动器（4）及靶极（01），所述的主电路包括五个开关、两个二极管、一个高频电感及两个储能电容器，其特征在于，开关Ⅰ（5）与开关Ⅱ（6）组成左桥臂，开关Ⅲ（7）与开关Ⅳ（8）组成右桥臂；储能电容器Ⅰ（13）与直流稳压电源（1）及左桥臂并联；储能电容器Ⅱ（14）与右桥臂并联；开关Ⅴ（9）与二极管Ⅰ（10）并联，并与高频电感（12）串联，然后连接在左桥臂及右桥臂上端；左右桥臂下端与储能电容器Ⅰ（13）负极、储能电容器Ⅱ（14）负极及直流电源负极连接在一起；二极管（11）阴极连接在高频电感左端，阳极连接在直流稳压电源（1）的负极；靶极（01）左边连接到开关管Ⅰ（5）与开关管Ⅱ（6）之间，右边连接到开关管Ⅲ（7）与开关管Ⅳ（8）之间。

2.根据权利要求1所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述五个开关为全控型快速功率半导体开关。

3.根据权利要求2所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述全控型快速功率半导体开关是指能够在300kHz以内的控制信号控制下实现电流的开通及关断操作的半导体开关器件，为功率场效应管、绝缘栅双极型三极管或者电力三极管，额定参数根据输出电压、脉冲电流确定，并联使用。

4.根据权利要求1所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述直流稳压电源1是恒压控制的、与供电电网高隔离的、常规镀膜应用的直流电源。

5.根据权利要求1所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述二极管Ⅰ（10）、二极管Ⅱ（11）起隔离及电流反向续流的作用，使用快速恢复二极管。

6.根据权利要求1所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述数字控制器（3）是指带微处理器的数字控制系统，为数字处理器、单片机、嵌入式系统或可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求1所述的一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路，其特征在于，所述驱动器（4）是指为全控型快速功率半导体开关导通提供驱动电流或关断时提供反向电流的电路，连接数字控制器与开关，具有电气隔离、过流保护检测功能。

8.一种实现多模式输出磁控溅射镀膜电源电路的控制方法，采用全控型快速功率半导体开关和数字微处理器控制，通过控制功率器件按照不同的工作时序，来实现直流溅射、单向脉冲溅射、双向对称中频溅射及双向不对称中频溅射四种模式输出功能，在同一台设备上完成不同溅射镀膜工艺，其特征在于，

当要实现直流磁控溅射镀膜时，将开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）一直开通，开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）、开关Ⅴ（9）断开，同时将靶极的左边与整个电路真空室的外壳连接，通过直流稳压电源（1）本身的闭环控制实现恒压或恒流控制直流溅射模式工作；

当要实现单向脉冲磁控溅射镀膜时，将开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）按一定频率及占空比开通，而开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）、开关Ⅴ（9）断开，同时将靶极的左边与整个电路真空室的外壳连接，直流稳压电源（1）工作在恒压状态；

当要实现双向等幅脉冲中频溅射功能时，将开关Ⅴ（9）一直导通，储能电容器Ⅱ（14）获得与储能电容器Ⅰ（13）相等的电压大小，开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）、开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）在一定频率及占空比的信号驱动下而导通，其中开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）与开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）的相位相反，相差180度，此时靶极的左边或右边互为阴阳极；

当要实现双向不对称脉冲溅射功能时，数字控制器（3）发出一定频率的占空比、相位相反的两路信号分别去驱动开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）及开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7），其中开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）导通时，靶极获得负电压段，进行阴极溅射，同时控制开关Ⅴ（9）的频率f1、占空比D1实现储能电容器Ⅱ（14）的充电电压，电压为负电压值的10%～20%；而开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）关断期间，开关Ⅴ（9）也关断，开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）导通工作，此时靶极获得正电压，实现电子中和正电荷，防止弧放电现象影响膜层表面，控制开关Ⅰ（5）、开关Ⅳ（8）及开关Ⅱ（6）、开关Ⅲ（7）它们的占空比及频率就控制溅射输出的电压波形。