磁控濺射法沉積TCO薄膜的電源技術

Kouznetsov等人研究表明，輸出脈沖的脈寬在5ms -5000ms，頻率在10Hz-10kHz范圍時，靶的電流密度峰值可達到數A/cm2量級，比傳統(tǒng)直流磁控濺射電流密度高3個數量級。進而實現70%以上的極高離化率[15]。

在HPPMS放電期間產生的高能峰值電流，會加大弧光放電出現的頻率[19]。因此，很多研究采用在HPPMS電源上增加復雜的弧光放電，控制電子系統(tǒng)以控制弧光放電現象。另一種解決方法，是HPPMS電源輸出脈寬5ms -20ms的短脈沖，實現對弧光放電現象的抑制[20]。這種操作模式的波形如圖7所示，在這短暫的時間內，輝光放電從短暫的不穩(wěn)定狀態(tài)恢復正常[21](如圖7中靶放電電流所示)。因此，輝光放電向弧光放電的轉變被有效制止。這種短脈沖保證了進行金屬氧化物薄膜反應濺射鍍膜時放電過程無弧光放電問題。

圖7 在HPPMS電源中采用短脈沖抑制弧光放電過程的電流變化

在磁控濺射TCO薄膜時(AZO、ITO)采用HPPMS技術，展現了非常積極的效果。Sittinger V等人的研究表明[22]，采用HPPMS技術制備的TCO薄膜擁有更加優(yōu)良的電性能和表面光潔度。除此以外，也可實現在低溫下沉積性能優(yōu)良的TCO薄膜，這使得采用磁控濺射技術在PI膜等柔性材料上制備高質量TCO薄膜成為可能。

盡管HPPMS技術雖然有著很多好處，但是其電源的研制仍然面對許多挑戰(zhàn)：

(1)目前HPPMS電源仍主要是局限于實驗室小型磁控濺射設備的應用，在大面積鍍膜的工業(yè)化領域應用技術仍不成熟。比如針對大型工業(yè)化設備的弧光放電現象，一方面增加了檢測電路控制系統(tǒng)的復雜性和不可靠性，同時由于需要HPPMS電源在數ms的時間內關斷MW功率工作機組，增大了系統(tǒng)風險，目前這樣的系統(tǒng)可靠性仍不高。

(2)HPPMS技術生長薄膜速度比傳統(tǒng)磁控濺射技術慢。HPPMS的優(yōu)點是產生了極高的濺射物質離化，但同時由于高電壓的應用，部分離化的離子會被靶上的高負電勢吸回，導致生長速率偏慢。

(3)高功率脈沖電源成本高，遠高于普通直流電源。由于材料成本及技術不成熟所限制，現在HPPMS電源制造成本高，制約了其在產業(yè)界的應用。

4 結語

隨著平板顯示產業(yè)、太陽能產業(yè)、LED產業(yè)、建筑玻璃行業(yè)、觸摸屏行業(yè)的迅猛發(fā)展，TCO鍍膜產業(yè)迎來了新一輪發(fā)展。磁控濺射技術是最主要的TCO鍍膜技術，磁控濺射電源作為其中的核心部件，對于TCO鍍膜產業(yè)的發(fā)展具有至關重要的作用。

隨著對TCO薄膜產品的性能要求的日益提高。傳統(tǒng)的直流磁控濺射電源正逐步被具備優(yōu)良滅弧性能的脈沖直流電源取代，與此同時更經濟的具備優(yōu)良滅弧功能的新型直流電源也逐步進入商業(yè)化應用。而許多研究機構和大公司已開始研發(fā)代表新一代磁控濺射技術發(fā)展方向的HPPMS電源。

目前，國內僅實現普通磁控濺射直流電源的國產化，在其它技術方面國內仍嚴重落后于國際先進水平，市場基本被國際大廠壟斷。隨著新型電源技術的出現，磁控濺射電源技術正處于發(fā)展新技術的更新換代時期。國內電源廠商和技術人員需要抓住市場發(fā)展的機遇，努力研發(fā)，開創(chuàng)新的發(fā)展局面。

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