多功能高离化率真空镀膜控制系统研制-材料加工工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TG174 U.D.C.: 621.785 Dissertation for the Master Degree in Engineering DEVELOPMENT OF MULTIFUNCTIONAL VACUUM COATING CONTROL SYSTEM WITH HIGH IONIZATION RATE Candidate: Sun Weilong Supervisor: Prof. Tian Xiubo Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Materials Processing Engineering Affiliation: School of Materials Science and Engineering Date of Defence: July, 2014 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 高离化率在离子沉积领域有非常重要的意义，不但可以提高薄膜的密度 和结合力等性能，还能沉积复杂工件，降低沉积温度、对沉积材料到不同区 域有导向作用。可调脉冲高功率磁控溅射技术（MPP）和脉冲增强电子发射 技术（P3e）都具有很高的离化率，本文分别研制这两种技术的电源，并结合 其他真空设备，研发了一套多功能真空镀膜控制系统。 要实现包括 MPP 和 P3e 电源在内的真空设备自动控制，必须先解决设 备之间数据的通讯。采用西门子 S2-700 型 PLC 作为系统的通讯模块，用 SIMATIC LAD 编写 PLC 通讯程序，实现了“一主多从”的通讯模式；针对 不支持数字通讯的模拟量，研制了 485 转换电路，开关量采用的是 YC1008 数字量输入输出模块；计算机采用 Labview2013 和 OPC Servers 编写显示界 面。通讯完成后，根据功能编写自动程序，实现相应的设置和检测功能。 自行研制的 MPP 电源工艺参数是平均功率为 5kW ，脉冲功率达到 400kW，总频率设定范围 17~400Hz，小波形频率占空比连续可调，并且可以 根据需要设置下拉波形，调整波形振荡的程度。在水负载试验中，通过设定 不同电参数得到复杂的电压电流波形；在真空室对 Cr 靶放电特性进行研究， 解释了振荡对 MPP 放电的影响；研究 MPP、DCMS 和 HPPMS 电源对 Cr 靶 的放电光谱，比较同功率三种电源放电光谱谱线和辉光强度，分析得出 MPP 电源的金属离化率高于 DCMS。 自行研制的 P3e 电源工艺参数：频率 22.7~1.17kHz，脉宽 55μs~620μs， 脉冲电流 0~400A，平均电流 0~60A。在水负载试验中，通过设定不同电参数 验证电源的能力；在真空室内研究电源在不同频率下 Ti 靶的放电特性；在真 空室内测量电源工作时的基体电流，选择直流电源作为对照组，研究气压和 电参数对金属离化率的综合影响。 关键词：高离化率；可调脉冲磁控溅射电源；脉冲增强电子发射电源；自动 控制 -I- Abstract High ionization rate is critical in ion deposition area. It cannot only improve thin film properties, such as density and cohesion remarkably, but also has played significant role in depositing complex shaped work piece, lowing processing temperature and directing materials to different areas. Modulated pulsed power (MPP) and pulse Enhanced Electron Emission (P3e) both have high ionization rate. A vacuum coating control system is developed, combining power sources related to these techniques with other vacuum equipment. To automate the system including MPP and P3e power source, data mμst be shared a