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第21卷第9期强激光与粒子束Vol.21,No.9 2009年9月HIGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS Sep.,2009 文章编号: 100124322(2009)0921426205脉冲功率电源辐射电磁场测量与分析3曹荣刚, 邹 军, 袁建生(清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统国家重点实验室,北京100084) 摘 要: 对采用三电极气体间隙放电开关的脉冲功率电源和采用可控硅开关的脉冲功率电源进行了辐射电磁场测量与分析。
所研究的脉冲功率电源的脉冲持续时间为ms量级,电流峰值为几十到几百kA。
使用多组微分式磁场探头和高采样率、高存储深度的数字示波器进行了磁场测量;通过探头校对实验,对探头系数进行了校验。
通过对微分测量结果的校正与积分运算,得到了磁场的时域波形。
分析了低频段按照探头系数的计算方法和积分处理方法的关系,总结了时域波形重构的一些方法。
得到了两种电源的电磁场特性:三电极气体间隙放电开关产生的磁场频谱范围可达10M Hz,而可控硅开关产生的磁场在1M Hz以内;其辐射电场微弱。
关键词: 脉冲功率电源; 气体间隙开关; 可控硅开关; 电磁场测量; 电磁干扰 中图分类号: TM8 文献标志码: A 脉冲功率电源周围通常有测量和控制等电子设备,多模块组合电源本身也有许多触发控制电路与设备,它们很可能会受到脉冲功率电源产生的强电磁干扰影响而不能正常工作甚至损坏。
因此,需要测量脉冲功率电源周围的电磁场,分析其是否超过相应的电磁限定标准。
对于不符合电磁环境要求的情况,必须实施抑制电磁干扰的措施,以确保脉冲功率电源及其它系统安全可靠运行,使整个工作平台实现电磁兼容[1]。
文献[2]通过实验与测量分析了Marx脉冲发生器中气体间隙开关导通时产生的电磁干扰。
其电压等级为80kV,开关间隙是25mm,辐射磁场的主频段在20～30M Hz之间。
本文主要研究了采用气体放电开关和可控硅开关的脉冲功率电源,通过实验测量得到两种电源周围辐射电磁场。
磁控溅射工作原理磁控溅射一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。
由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。
在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
种类磁控溅射包括很多种类。
各有不同工作原理和应用对象。
但有一共同点:利用磁场与电子交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。
所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。
靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。
平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装饰膜。
磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控阴极。
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高，但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受离子轰击较小.非平衡磁控溅射技术概念，即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片磁控溅射区域的等离子体密度和气体电离率.不管平衡非平衡，若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。
为增大靶材利用率，可采用旋转磁场。
但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。
脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜工艺研究＊梁凤敏，周灵平，彭 坤，朱家俊，李德意（湖南大学材料科学与工程学院，长沙４１００８２）摘要 采用脉冲磁控溅射法制备氢化微晶硅薄膜，利用Ｘ射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和四探针测试仪对薄膜结构和电学性能进行表征和测试，研究了衬底温度、氢气稀释浓度和溅射功率对硅薄膜结构和性能的影响。
结果表明：在一定范围内，通过控制合适的衬底温度、增大氢气稀释浓度及提高溅射功率，可以制备高质量的微晶硅薄膜。
在衬底温度为４００℃、氢气稀释浓度为９０％及溅射功率为１８０Ｗ的条件下制备的微晶硅薄膜，其晶化率为７２．２％，沉积速率为０．４８ｎｍ／ｓ。
关键词 脉冲磁控溅射 微晶硅薄膜 结晶性能 沉积速率中图分类号：ＴＫ５１４；ＴＢ３２１ 文献标识码：ＡＳｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍｓＬＩＡＮＧ Ｆｅｎｇｍｉｎ，ＺＨＯＵ Ｌｉｎｇｐｉｎｇ，ＰＥＮＧ Ｋｕｎ，ＺＨＵ Ｊｉａｊｕｎ，ＬＩ Ｄｅｙｉ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ（μｃ－Ｓｉ∶Ｈ）ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．ＸＲＤ，Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ＳＥＭ ａｎｄ ｆｏｕｒ－ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅ ｗｅｒｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃ－ｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ．Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ４００℃，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ９０％ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ １８０Ｗ，ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｕｐ ｔｏ ７２．２％ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ０．４８ｎｍ／ｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｕｌｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ，ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ＊湖南科技计划项目（２０１１ＧＫ４０５０） 梁凤敏：女，１９８７年生，硕士生，主要从事微晶硅薄膜材料方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：８７０２０８ｌｆｍａｂ＠１６３．ｃｏｍ 周灵平：通讯作者，男，１９６４年生，教授，主要从事薄膜制备及电子封装材料方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｐｚｈｏｕ＠ｈｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 硅薄膜作为薄膜太阳能电池的核心材料越来越引起人们的重视，非晶硅薄膜太阳能电池由于存在转换效率低和由Ｓ－Ｗ效应引起的效率衰退等问题［１］，其推广应用受到了限制。
高真空磁控溅射仪技术参数1用途该系统适用于实验室制备金属单质、氧化物、介电质、半导体膜、电极材料等。
2 工作条件2．１环境温度: 0 —４０℃；２.２相对湿度: 2０-5０％;2．3适用电源规格：3８0Ｖ（ＡC),50。
3 技术参数3．1真空腔室采用前开门，选用优质不锈钢，牌号不低于3０4★３.2 前级机械泵：抽速不小于8．3L/ｓ★３。
3 复合分子泵:抽速不小于1300L/ｓ；包含可控蝶阀★３．4 溅射室极限真空度≤8x１０—6Pa（经烘烤除气后）３．5系统真空检漏漏率≤５x10—7Pa.l／S★３。
6系统停泵关机12小时后真空度≤6Ｐa3.7 反磁控皮拉尼真空计★测试范围： 10—9ｍbａｒ至1000mbａr精度：不超过±3０%可重复性：不超过±5%反应时间：P１0-6mｂar:小于10毫秒3.８电容膜片真空计测试范围:10—2Pa至10２Pa精度:0。
2%分辨率:０。
003％压强最大：260ＫPa反应时间：不超过３０毫秒温度效应:在满量程：0.01％读值/℃3．9配备三靶溅射系统,含一个强磁靶。
靶大小为60mm或3英寸,XX靶可/顺次／共同工作,电源和靶可自动切换,XX靶含旋转气动控制挡板组件3.１0 全自动匹配直流电源2台★功率输出：单输出 0～500W,最大可输出到500W输出电流: 0～１A模式:功率调节、电流调节或电压调节显示精度:小于实际输出值的0。
2％，或小于最大输出值的2％多级弧抑制及灭弧３。
11 ★全自动匹配射频溅射电源1套(包括600w射频电源、1000VA匹配器、射频电缆、数据电缆）频率：１3.５６０Ｍ，误差不超过± 0。
００5 %最大输出功率（W）： 600W，５0Oｈｍ负载最小输出功率(W）: 6Ｗ， 50Ｏhm负载反射功率极限(W）: 小于200W射频输出接头：N－ｔype（fem.）最低启辉气压:1０—5Ｐa射频匹配器最大工作功率：1０0０W射频匹配器阻抗调节范围：－j220到j5０3。
目录前言 (1)第一章ITO薄膜概述 (2)§1.1ITO薄膜的结构 (2)§1.2ITO薄膜的特性 (2)§1.3ITO薄膜的基本原理 (3)1.3.1 ITO膜的导电机理 (3)1.3.2 ITO膜的半导体化机理 (3)1.3.3 影响ITO薄膜导电性能的几个因素 (4)第二章ITO膜的制备方法 (5)§2.1ITO薄膜制备方法简介 (5)§2.2直流磁控溅射法制备ITO膜的基本原理 (6)2.2.1 磁控溅射基本原理 (6)2.2.2 气体辉光放电的物理基础 (7)2.2.3 辉光放电与等离子体 (8)第三章实验部分 (11)§3.1玻璃基片与超声清洗 (11)§3.2ITO膜制备参数的选择 (12)§3.3镀膜的工艺流程 (14)第四章检测与结果分析 (16)§4.1ITO薄膜在可见光范围内的透过率测试 (16)§4.2ITO薄膜方块电阻的测定 (18)§4.3工艺参数对透过率和方阻的影响 (19)4.3.1 靶基距的选定 (19)4.3.2 溅射时间的选定 (20)4.3.3 溅射气压的选定 (21)4.3.4 退火工艺对方阻和透过率的影响 (21)4.3.5 基片温度对方阻和透过率的影响 (23)§4.4霍耳效应 (24)§4.5X射线衍射 (26)第五章结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)磁控溅射法制备ITO膜的研究 1 磁控溅射法制备ITO膜的研究前言19世纪末,透明导电薄膜材料的研究刚刚起步,当时是在光电导的材料上获得很薄的金属薄膜。
经历一段很长时间后的第二次世界大战期间，关于透明导电材料的研究才进入一个新的时期，于是开发了由宽禁带的n型简并半导体SnO2材料,主要应用于飞机的除冰窗户玻璃。
在1950年，第二种透明半导体氧化物In2O3首次被制成，特别是在In2O3里掺入锡以后，使这种材料（掺锡氧化铟，即Indium Tin Oxide，简称ITO）在透明导电薄膜方面得到了普遍的应用，锡掺杂的氧化铟（ITO）透明导电膜是一种重要的光电信息材料，优良的光电特性使其在太阳电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
高功率脉冲磁控溅射试验平台设计及放电特性研究
高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)因其高离化率而得到广泛关注，是目前的热点研究方向，为此我们搭建了试验平台并对HPPMS 的放电特性进行了研究。
结果表明：脉冲峰值电流随脉冲电压的增加而增加，随着气压的增加而增加。
本文为进一步研究高功率脉冲磁控溅射提供了硬件条件和参考。
近年来发展的高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术，它的峰值功率可以比
普通磁控溅射高两个数量级，金属离子离化率可达70%以上[1]，脉冲电流能达到几个A/cm2 以上，某种程度上，高功率脉冲磁控溅射集中了直流溅射和电弧的优点。
高功率脉冲磁控放电的电流密度、电离率远远高于通常的直流磁控技术，许多复杂的动力学现象目前仍然无法解释清楚，为此，我们搭建了试验平台并对HPPMS 的放电特性进行了研究，测量了气压、峰值电压对电压、电流波形的影响，为进一步研究高功率脉冲磁控溅射提供了硬件条件和参考。
1、试验平台搭建及实验过程
1.1、试验平台的搭建
试验在一个高120 cm，直径100 cm 的圆柱形真空室中进行，安装了一个直径为5cm 的圆形平面磁控靶。
磁控溅射靶的磁钢放置于靶材的后面,穿过靶材表面的磁力线在靶材表面形成磁场。
其中平行于靶面的磁场B 和垂直靶表面的电场E,形成平行于靶面的漂移场E 乘以B。
漂移场E 乘以B 对电子具有捕集阱的作用, 从而增加了靶面这一区域的电子密度, 提高了电子与中性气体分子的碰撞几率,强化了溅射气体的离化率,从而增加了溅射速率。
磁控溅射靶跑道的形状是由靶材后面的磁场结构所决定的。
提高靶材利用率的关键是调整磁场结构和磁场强度, 使等离子体存在于更大的靶面范围, 实现靶面的均匀溅射，这样就。
