脉冲磁控溅射电源控制策略研究

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1、西安理工大学学报JournalofXi’anUniversityofTechnology(2O15)Vo1．31No．4443文章编号：1006—4710(2015)04—0443—05脉冲磁控溅射电源控制策略的研究黄西平，刘洋，孙强，陈桂涛(西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048)摘要：基于脉冲磁控溅射电源等离子体负载的特殊性及镀膜过程对输出电压电流的控制需求，提出了一种P控制电压环与滑模变结构控制电流环相结合的复合控制策略。文中建立了移相全桥变换器的平均状态空间模型，重点对滑模变结构电流控制方法进行了分析与设计，采用指数趋近律法削弱抖

2、振，并对影响性能的参数进行了研究。仿真和实验结果表明：所提出的控制方法克服了传统方式下可能出现的起辉失败、负载扰动下电流波动大等缺点，提高了起辉成功率，并且对负载扰动具有很强的抑制能力。关键词：磁控溅射电源；滑模变结构控制；移相全桥；起辉过程中图分类号：TP273．3文献标志码：ATheresearchofcontrolstrategyforpulsemagnetronsputteringpowersupplyHUANGXiping，LIUYang，SUNQiang，CHENGuitao(FacultyofAutomationandInformation

3、Engineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China)Abstract：ThispaperproposedahybridcontrolstrategycombiningthePIcontrolvoltage—loopandtheslidingmodevariablestructurecontrolcurrent—loopbasedontheparticularityofplasmaloadofthepulsedmagnetronsputteringpowerandthecontrolrequi

4、rementsoftheoutputvoltageandcurrent．Theaveragestatespacemodelofthephaseshiftingfullbridgeconverterwasestab一1ished．Thecontro1methodofcurrent—loopbasedonslidingmodevariablestructurewasstudiedanddesigned，andexponentialreachinglawmethodwasusedtoweakenchattering．Simulationsandexperime

5、ntsindicatedthattheproposedeontrolmethodcanovercomethepossiblestarterfailureandbigcurrentvolatilityunderloaddisturbances，andimprovethestartersuccessrate．Italsohasastrongrestrainingabilitytodisturbanceofload．Keywords：magnetronsputteringpower；slidingmodevariablestructurecontrol；pha

6、se—shiftedfull—bridge；sputteringstarterprocess磁控溅射技术以其溅射沉积率高、膜层附着力究甚少。文献[2]提出了一种变速积分和重复控制好、致密度高等优点，广泛应用于镁铝合金等金属材复合的控制方法用于直流磁控溅射电源来提高系统料的表面处理中。磁控溅射工艺要求磁控溅射电源的稳定性，并给出了电压仿真波形。由于磁控溅射首先能快速产生一个恒定的等离子体，击穿电压为电源的负载为等离子体负载，对外呈现阻容性且阻起辉电压，一般在700～850V左右；其次电源瞬间性占主导成分，工作方式为正常起辉后带载恒流控带等离子体负载，电压突

7、降，电流呈指数上升_1]，此制_1]，因此与等离子弧焊切割电源在负载特性及控时电流控制不住就会引起大弧产生，使电源进入保制需求上具有很多相似性。在对磁控溅射电源控制护状态，造成起辉过程失败，为保证电源安全可靠起方式的研究上，可以借鉴弧焊切割电源的控制方式。辉，电源需具有快速无超调的恒流特性；为了生成高文献E3]对电源采用电流电压双PI环切换控制，质量的膜层，电源需保证在工艺环境和负载变化的在弧焊电源中会存在空载到负载的来回切换，使得双情况下具有良好的稳流特性。PI环切换控制的切换点设置比较困难。文献[4]提出目前对磁控溅射的溅射材料、溅射工艺和镀膜了基于

8、SMC(SlidingModeContro1)的电压环和基于系统研究较多，而对于