脈沖陰極弧電源的設(shè)計.pdf

1、本文主要闡述了脈沖陰極弧放電裝置的設(shè)計與搭建，以及使用此裝置實現(xiàn)真空弧放電及薄膜制備的過程。并試圖通過對制備薄膜的觀察與分析，來考察所設(shè)計裝置的放電機制、真空弧和成膜之間的內(nèi)在關(guān)系。
　　 本文從陰極電弧的發(fā)展與機理、電弧離子鍍技術(shù)的現(xiàn)狀說起，著重闡述了高壓脈沖大電流電源的設(shè)計方案、三種觸發(fā)脈沖陰極弧放電的方法和對不同電壓、氣壓和電極間距條件下制備薄膜的形態(tài)分析。
　　 高壓脈沖大電流電源由直流電源、脈沖成形網(wǎng)絡(luò)、大電流

2、開關(guān)和等離子負(fù)載等組成。本文對脈沖成形網(wǎng)絡(luò)做了重點闡述和分析，脈沖成形網(wǎng)絡(luò)需要一組或幾組電容電感組成，我們分別對電容電感值的計算和選擇做了說明。并且用數(shù)值模擬方法對三階和十階脈沖成形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了模擬。在試驗中選用了適當(dāng)?shù)碾娙蓦姼兄?，產(chǎn)生了脈寬為500μs的脈沖，與模擬結(jié)果基本相符。另外，還設(shè)計了脈沖觸發(fā)時序控制電路，用PLC來控制晶閘管作為脈沖開關(guān)，以實現(xiàn)脈沖放電，因為PLC只能實現(xiàn)脈寬為毫秒級的方波脈沖，為了實現(xiàn)所需脈寬為100μs的脈

3、沖，設(shè)計了一個微分電路，用來產(chǎn)生窄脈沖去控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。通過整機調(diào)試，整個高壓脈沖大電流電源運行良好。
　　 為了實現(xiàn)對真空弧放電的觸發(fā)，本文設(shè)想了三種觸發(fā)放電裝置進(jìn)行試驗。一種是輝光放電裝置，此裝置由可調(diào)變壓器、隔離變壓器、整流橋和濾波電路組成，輸出電壓最高可達(dá)300V。在幾帕到幾十帕的范圍內(nèi)，先產(chǎn)生一定的輝光等離子體，然后利用脈沖陰極弧放電裝置進(jìn)行弧光放電;另一種是高壓點火觸發(fā)裝置，通過本裝置，觸發(fā)電壓可升至5-15

4、KV，實驗證實，它比前一種方式更容易引發(fā)電弧;再一種是大功率脈沖觸發(fā)電源電路，本文對整個設(shè)計思路及其參數(shù)計算，做了詳細(xì)說明，包括三相全控橋式整流電路、晶閘管觸發(fā)電路和脈沖成形網(wǎng)絡(luò)的計算分析工作，此觸發(fā)裝置的脈沖成形網(wǎng)絡(luò)為低階的，可以得到窄脈沖。當(dāng)電容電感取不同值時，最窄為可輸出脈寬為1μs的脈沖，此時系統(tǒng)可以作為真空觸發(fā)裝置;當(dāng)脈寬為10μs時，這個系統(tǒng)可以作為等離子體源離子注入負(fù)高壓源，此電源具有較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。最后，我們用碳棒作為

5、陰極，帶有基片的金屬平臺作為陽極，在真空室中進(jìn)行了脈沖放電試驗。
　　 我們利用高壓脈沖大電流電源在真空室中進(jìn)行了弧光放電，測得了當(dāng)充電電壓為200V和220V時的放電電壓和放電電流，當(dāng)充電電壓為200V時，兩極電壓為78V，電流為562.5A，當(dāng)充電電壓為220V時，兩極電壓為80V，電流為750A，從中可以看出，弧光放電電流非常大。首先，根據(jù)陰極主弧位置的不同，在玻片上制備了C膜。通過測量薄膜的厚度，對沉積速率做了分析。從中

6、可以知道，由于高壓脈沖大電流電源放電電流相當(dāng)大，相應(yīng)的沉積速率也非常高。其次，在相同條件下，分別在玻片和硅片上進(jìn)行鍍膜，通過SEM觀察其形貌，從SEM圖中可以看出，在硅片上生長的薄膜結(jié)晶性要比玻片上好，這主要是因為硅片的表面取向性好于玻片。最后，在充電電壓分別為180V、220V;真空室壓強分別為16Pa、25Pa;電極間距分別為5cm、10cm的條件下，制備了薄膜并對薄膜進(jìn)行了SEM觀察和XRD分析。通過樣品分析可以知道，隨著放電電壓