PL193436B1 - Układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego - Google Patents

Abstract

Układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego metodą rozpylania jonowego, zawierający prostownik tyrystorowy, który z jednej strony jest połączony poprzez układ pomiarowy prądu z trójfazową siecią zasilającą a z drugiej strony poprzez dołączony szeregowo dławik z elektrodami magnetronowego urządzenia rozpylającego oraz regulator prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, drugie wejście z układem pomiarowym prądu, a wyjście z wejściem sterującym prostownika tyrystorowego, znamienny tym, że jako dławik włączony pomiędzy ujemny biegun prostownika tyrystorowego (2) a katodę (K) magnetronowego urządzenia rozpylającego (1) stosuje się dławik stabilizujący (4) o indukcyjności, przy której układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego (1) jest układem o charakterze źródła prądowego

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego, przeznaczonego do nakładania cienkich warstw materiału na elementach podłoża umieszczonych w pobliżu anody, metodą rozpylania jonowego, w komorze próżniowej w atmosferze gazu obojętnego bądź też reaktywnego pod obniżonym ciśnieniem.

W znanym układzie zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego, elektrody tego urządzenia są połączone z wyjściem zasilacza niskiego napięcia o charakterze źródła napięcia, który utworzony jest z podłączonego do trójfazowej sieci zasilającej prostownika tyrystorowego, do wyjścia, którego podłączona jest równolegle gałąź, zawierająca dławik wygładzający pulsację prądu i szeregowo połączony z nim kondensator, przy czym dławik wygładzający podłączony jest do ujemnego bieguna prostownika, a zaciski kondensatora stanowią wyjście zasilacza. Wejście sterujące prostownika tyrystorowego połączone jest z układem regulacji, który zawiera dwa regulatory: regulator prądu sterujący pracą mostka tyrystorowego i nadrzędny regulator napięcia połączony z wejściem regulatora prądu poprzez węzeł sumujący połączony z układem pomiarowym prądu. Wejścia nadrzędnego regulatora napięcia połączone są odpowiednio z układem pomiarowym napięcia wyjściowego mostka tyrystorowego i zadajnikiem napięcia, a wejścia sterujące regulatora prądu połączone jest z nastawnikiem ograniczenia prądu. W układzie tym wielkością stabilizowaną na poziomie zadanej wartości jest napięcie wyjściowe zasilacza, natomiast chwilowa wartość prądu jest zależna od chwilowej wartości obciążenia i jest ograniczana przez nastawnik ograniczenia.

Jednakże, zwłaszcza w początkowym etapie procesu rozpylania, z uwagi na dużą zmienność przewodności plazmy, silnie zależnej od stanu powierzchni katody, oddziaływanie regulatora prądu jest zbyt wolne i chwilowe wartości prądu przekraczają często nastawioną wartość ograniczenia prądowego, co prowadzi do powstawania niekorzystnych wyładowań łukowych.

Inny znany układ zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego w postaci niskonapięciowego zasilacza impulsowego DORA składa się z bloku prostownika połączonego z generatorem impulsów. Do wejścia sterującego generatora podłączony jest sterownik, posiadający wejście zadawania prądu targetu i wejście kontroli prądu targetu. Generator impulsów jest połączony z katodą magnetronu poprzez obwód rezonansowy i obwody wyjściowe. Generator generuje impulsy o charakterze sinusoidalnym z częstotliwością około 80 kHz. Impulsy te modulowane są grupowo z częstotliwością od 0,1 do 4 kHz przy zapewnieniu regulacji szerokości impulsów. Wypełnienie grupy impulsami, przy stabilizacji amplitudy prądu, jest regulowane pętlą sprzężenia zwrotnego.

W odróżnieniu od przedstawionych układów zasilania niskiego napięcia, służących do zasilania stałoprądowych magnetronowych urządzeń rozpylających, znane są również układy zasilania wysokiego napięcia przeznaczone do zasilania komór jonizacyjnych w urządzeniach do obróbki elektrochemicznej metali, w których wykorzystywane jest zjawisko elektrycznego wyładowania jarzeniowego w gazach. Znany z polskiego opisu patentowego nr 155 643 układ zasilania komory jonizacyjnej zawiera trójfazowy tyrystorowy sterownik prądu połączony z jednej strony z siecią zasilającą a z drugiej strony poprzez transformator z prostownikiem diodowym, którego bieguny - jeden poprzez dławik, a drugi bezpośrednio - podłączone są do zacisków wejściowych komory jonizacyjnej poprzez blok pomiaru napięcia i prądu. Ponadto równolegle do dławika podłączony jest ogranicznik przepięć i tyrystor, którego katoda połączona jest z punktem wspólnym prostownika diodowego i dławika, a równolegle do wyjścia prostownika diodowego włączony jest drugi ogranicznik przepięć, zaś równolegle do wejścia bloku pomiaru napięcia i prądu włączony jest trzeci ogranicznik przepięć. Układ zawiera również blok sterowania, którego wejścia są połączone z blokiem zadawania napięcia i prądu oraz blokiem pomiaru napięcia i prądu komory jonizacyjnej, a jedno wyjście połączone jest z wejściem sterującym sterownika prądu, zaś drugie z bramką tyrystora i punktem wspólnym pierwszego ogranicznika przepięć, dławika i katody tyrystora.

Układ, według wynalazku, do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego metodą rozpylania jonowego, zawierający prostownik tyrystorowy, który z jednej strony jest połączony poprzez układ pomiarowy prądu z trójfazową siecią zasilającą a z drugiej strony poprzez dołączony szeregowo dławik z elektrodami magnetronowego urządzenia rozpylającego oraz regulator prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, drugie wejście z układem pomiarowym prądu, a wyjście z wejściem sterującym prostownika tyrystorowego charakteryzuje się tym, że jako dławik włączony pomiędzy ujemny biegun prostownika tyrystorowego a katodę magnetronowego urządzenia rozpylającego

PL 193 436 B1 stosuje się dławik stabilizujący o indukcyjności, przy której układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego jest układem o charakterze źródła prądowego.

Układ, według wynalazku, cechuje się prostotą a dzięki zastosowaniu dławika stabilizującego prąd, o indukcyjności zależnej od mocy znamionowej stosowanego prostownika, pozwala uzyskać zasilacz o charakterze źródła prądowego, czyli umożliwia wymuszenie prądu o stałej wartości podczas procesu rozpylania jonowego w magnetronowym urządzeniu rozpylającym, co eliminuje niekorzystny wpływ stanu powierzchni katody na przebieg procesu rozpylania jonowego i wpływa na poprawę jakości nanoszonych powłok, zwiększając ich jednorodność i powtarzalność ich własności fizycznych.

Rozwiązanie, według wynalazku, uwidocznione jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu.

Układ, według wynalazku, przeznaczony jest do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego 1, służącego do nakładania cienkich warstw materiału znajdującego się na katodzie K komory próżniowej tego urządzenia 1, metodą rozpylania jonowego, na elementach podłoża nieuwidocznionych na rysunku, a umieszczonych na kasetach przesuwających się nad anodą A komory urządzenia 1 ze stałą prędkością przez strefę rozpylania jonowego w czasie całego procesu rozpylania, prowadzonego w atmosferze gazu obojętnego bądź też reaktywnego pod obniżonym ciśnieniem.

Układ zawiera prostownik tyrystorowy 2, który z jednej strony jest połączony poprzez układ pomiarowy prądu 3 z trójfazową siecią zasilającą L a z drugiej strony z elektrodami: anodą A i katodą K magnetronowego urządzenia rozpylającego 1. Pomiędzy ujemny biegun prostownika tyrystorowego 2, a katodę K magnetronowego urządzenia rozpylającego 1 włączony jest dławik stabilizujący 4 o indukcyjności, przy której wspomniany układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego 1jest układem o charakterze źródła prądowego. Indukcyjność dławika 4 dobierana jest w zależności od mocy znamionowej prostownika 2. Do wejścia sterującego prostownika tyrystorowego 2 podłączony jest regulator prądu 5, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu 6, a drugie wejście z układem pomiarowym prądu 3.

Działanie układu jest następujące. Po podłączeniu anody A magnetronowego urządzenia rozpylającego 1 do dodatniego bieguna prostownika tyrystorowego 2 o mocy wyjściowej 40 kW i prądzie maksymalnym 80A i katody K tego urządzenia l do połączonego z ujemnym biegunem prostownika 2, dławika stabilizującego 4 o indukcyjności 40 mH, przy której układ ma charakter źródła prądowego, a dobranej w zależności od mocy prostownika 2 i po napełnieniu komory próżniowej urządzenia rozpylającego 1 gazem obojętnym lub reaktywnym obniżonym ciśnieniu ustalana jest zadajnikiem prądu 6 zadana wartość prądu wymagana podczas procesu rozpylania. Następnie na wejście prostownika tyrystorowego 2 podawane jest napięcie z trójfazowej sieci zasilającej L. W momencie załączenia napięcia prąd w obwodzie obciążenia nie płynie, co stwierdza układ pomiaru prądu 3, a na skutek oddziaływania regulatora prądu 5 gwałtownie rośnie napięcie między elektrodami A i K komory próżniowej urządzenia rozpylającego 1, aż do momentu wystąpienia zapłonu wyładowania jarzeniowego. W czasie procesu rozpylania wartość prądu zasilającego magnetronowe urządzenie jest utrzymywana przez regulator prądu 6 na stałym poziomie o żądanej wartości, a wartość napięcia między elektrodami A i K zasilanego urządzenia 1 zależna jest od przewodności atmosfery gazu, w którym prowadzony jest proces rozpylania.

Układ, według wynalazku, czyli tyrystorowy prostownik 2 z podłączonym szeregowo dławikiem stabilizującym 4 wraz z pętlą prądowego sprzężenia zwrotnego posiada cechy źródła prądowego, gdyż wartość prądu jest utrzymywana przez układ na zadanym poziomie.

Claims (1)

1. Układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego metodą rozpylania jonowego, zawierający prostownik tyrystorowy, który z jednej strony jest połączony poprzez układ pomiarowy prądu z trójfazową siecią zasilającą a z drugiej strony poprzez dołączony szeregowo dławik z elektrodami magnetronowego urządzenia rozpylającego oraz regulator prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, drugie wejście z układem pomiarowym prądu, a wyjście z wejściem sterującym prostownika tyrystorowego, znamienny tym, że jako dławik włączony pomiędzy ujemny biegun prostownika tyrystorowego (2) a katodę (K) magnetronowego urządzenia rozpylającego (1) stosuje się dławik stabilizujący (4) o indukcyjności, przy której układ do zasilania magnetronowego urządzenia rozpylającego (1) jest układem o charakterze źródła prądowego.