磁控濺射鍍膜機是製備全玻璃真空太陽集熱管選擇性吸收塗層的關鍵設備。為進一步提高選擇性吸收塗層的性能，需要製備足夠厚度的介質層，以降低選擇性吸收塗層的反射率，增加塗層的吸收率。目前，Al-N/Al和Cu-Al/SS選擇性吸收塗層介質層主要為AlN，採用磁控濺射鍍膜技術製備選擇性吸收塗層AlN介質層的沉積速率一般為1.5nm/min左右。而優質的選擇性Al-N/Al和Cu-Al/SS選擇性吸收塗層介質層厚度需要達到60nm～80nm。因此，僅製備介質層的工藝時間將達到40min～60min。工藝時間較長，生產效率較低。為了提高磁控濺射AlN介質層的沉積速率，提出了採用脈衝控制磁控濺射模式。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/327413.htm1 SPIK2000A型脈衝直流磁控濺射電源控制器工作原理
1.1控制原理
控制架構見圖1.
圖1 控制架構
如圖1所示，等離子能量的供應來自SPIK的大電容， SPIK提供固定電壓及瞬間的高電流, 工作過程中激烈的能量反應由SPIK來承擔。DC持續地對SPIK電容充電，SPIK可濾除DC的漣波，提供純直流。控制器最高程控頻率可達 50kHz，可自由調整脈衝時間控制參數T+on,T+off,T -on,T-off，快速電弧偵測、抑弧時間小於2 µs，多功能操作模式DC+, DC-,UP+,UP-, BP。
圖2為對稱(單DC)/非對稱(雙DC)脈衝輸出圖。
圖2 輸出模式
如圖2所示，對稱 (單 DC) / 非對稱 (雙 DC) 脈衝輸出，可提供瞬間高功率產生高密度等離子體，可自由編輯任意波形脈衝輸出。
1.2實驗設備與對接方式
1.SPIK2000A型脈衝直流磁控濺射電源控制器，提供廠家為臺灣伸昌電機股份有限公司。
2.鍍膜機，全玻璃真空太陽能集熱管鍍膜機，腔體內徑為φ750mm，中置柱狀濺射鋁靶，可鍍φ37全玻璃真空集熱管30支。
3.示波器，OS-5020型，提供廠家為韓國EZ.DIGITAL
對接方式為： 脈衝直流磁控濺射電源控制器電源輸入端對接鍍膜機直流電源的輸出端，控制器輸出端直接接鍍膜機的陰極(靶)和陽極(機殼)，即該控制器串聯在原電源輸出和鍍膜機的陰陽極之間，控制器的控制電源單獨提供。
2 實驗過程與數據
2.1穩定性測試
2.1.1工作模式
圖3為負脈衝模式下的波形曲線，波形參數為T ?on=20μs，T ?off=10μs，圖3中紅線部分為有直流脈衝控制器輸出的脈衝曲線，對於一個波形周期，電流工作時間為20μs，非工作時間，即電容充電時間為10μs，曲線表現出典型的方波特徵，且處於工作狀態時，電壓相對平穩，曲線顯示電壓波動在±10V以內(保守估算)。圖3中藍色曲線為輸入到脈衝控制器的電壓波形，即電源本身輸出的電壓波形，其中最大電壓為304V，最小電壓為264V,這表明由直流電源輸出的電壓波動在±20V範圍內，相對穩定性較差。
圖3 負脈衝模式下的波形曲線
圖4為雙極性脈衝工作模式下的波形曲線，設定參數為T ?on=40μs，T ?off=10μs，T+on=10μs，T+off=10μs。由圖4中紅色曲線可以看出，在一個周期內，負脈衝工作時間為40μs。
圖4 雙極性脈衝工作模式
波形為典型的方波，波形曲線平穩。負脈衝停止時間(即電容充電時間)為10μs，波形波動較大，正脈衝工作時間為10μs，波形波動也相對較大，正脈衝停止時間為10μs，波形則為斜波。對於反應磁控濺射的工作特徵而言，只有磁控濺射靶處於負電位狀態時，才處於濺射狀態，而處於正電位狀態時，可以減弱，甚至消除靶表面正電荷的積累，從而減少，甚至可能消除靶表面出現的電弧。
2.1.2放電曲線測試
如圖5所示，當fAr=57SCCM、本底真空1.4×10-3Pa、I=20A時，不同氮氣流量時靶電壓變化數據與曲線。
A 靶電壓變化曲線 B 靶功率變化曲線
圖5 不同工作模式下的靶電壓和靶功率變化曲線
由圖5可以看出，採用脈衝控制模式時，濺射靶電壓和功率均有明顯的提高，且採用雙極性脈衝時的靶電壓比負脈衝模式高。放電曲線的拐點位置隨採用的工作模式不同而出現前移或後移現象。
在濺射過程中，採用負脈衝工作時，濺射靶工作穩定性良好，而採用雙擊脈衝工作模式時，當反應氣體N2流量較大時，濺射電壓偶然會出現超過800V的過壓現象，造成系統斷電保護。通過修正設定參數，可以消除濺射過程中的過壓現象，但仍表現出偶然的電壓或電流的波動問題。
2.1.3電弧檢測試驗
SPIK2000A型脈衝直流磁控濺射電源控制器具有偵測電弧放電和計數的功能，但不能顯示累加計數。試驗過程中分別設定了Arcl±200A、Arcl±150A、Arcl±100A、Arcl±75A、Arcl±50A、Arcl±40A、Arcl±35A、Arcl±30A等參數，工作模式為DC-，試驗結果表明：Arcl在±150A以上時，幾乎偵測不到有電弧發生，Arcl在±100A時開始有電弧計數，並隨著範圍的減小電弧計數增加。Arcl為±50A時，已經有明顯的數量較多的電弧計數，數量級達到千數級。電弧計數數量隨氮氣流量的增加而增加。當Arcl設定為±40A，或範圍更小時，電弧頻繁出現，且累加計數很容易超出控制器設定的10000次範圍而導致控制保護滅弧，電源不工作。Arcl設定為±30A，電源不工作，靶面不起輝光。在負脈衝和雙極性脈衝工作模式時，當Arcl設定值分別為±100A、Arcl±75A、Arcl±50A三種參數，情況基本類似。
這表明，在沉積Al-N/Al塗層的反應磁控濺射工藝過程中，存在明顯的電弧現象。在工作電流為20A～25A範圍，電弧主要在集中在75A以下，少量在100A，幾乎沒有超過150A的電弧發生。SPIK2000A型脈衝直流磁控濺射電源控制器具有一定的抑制電弧功能，但仍不能避免電弧的發生。而如果沒有SPIK的控制，則工藝過程中可能會有更多的電弧發生。
目前測試的幾種工作模式，並不能完全消除靶表面電弧的產生，包括採用雙極性脈衝的工作模式。而採用雙極性脈衝工作模式時的正脈衝工作時間段對於提高濺射速率不起任何作用，且同時浪費了功率。因此，對於微觀質量要求不是極其嚴格太陽選擇性吸收塗層而言，相對於負脈衝工作模式，採用該種工作模式不一定是一種很好的形式。但是，對於塗層微觀性能要求嚴格的光學或半導體塗層，可能會有質量上的改善，如減少塗層缺陷等。
2.2沉積速率測試
圖6為優化後的不同工作模式下，單層塗層沉積速率測試表。可以看出，對於沉積減反層而言，採用附加直流脈衝控制器時，塗層的沉積速率明顯大於無控制器時的塗層沉積速率，其沉積速率由1.45nm/min分別提高到3.93nm/min和4.93nm/min，分別提高了2.7倍和3.4倍。在沉積吸收層和減反層時，採用脈衝控制模式時，沉積速率也有較大的增加
圖6 不同工作模式下單層塗層沉積速率
在3種工作模式中，以正負脈衝模式的沉積速率最高，其次是負脈衝工作模式，而直流工作模式的沉積速率最低。但是對於單位功率條件下的沉積速率而言， 僅在沉積減反層時，採用正負脈衝工作模式時，功率效率為其他兩種工作模式的1.5倍，但絕對值並沒有顯著的提升，但此時可能出現電壓過壓現象。而在濺射吸收層和金屬層時，則沒有表現出明顯的優勢。
這表明：採用負脈衝和雙極性脈衝時，可以通過提升濺射靶的濺射電壓和濺射功率來提高塗層的沉積速率。但單位功率效率沒有顯著的提升。因此，在濺射電源功率節能方面沒有表現出明顯優勢。但在提升生產效率，減少工藝時間，提高產品性能，降低整體能耗等方面應具有較明顯的優勢。
3結論
1.採用SPIK控制模式進行太陽選擇性吸收塗層的沉積時，相同工作條件下，濺射靶電壓、功率均明顯增加，塗層的沉積速率也明顯增加，但單位功率效率增加不明顯。
2.採用SPIK控制模式，可以較好地檢測和抑制濺射過程中大電弧的產生，從而為製備優質的塗層提供幫助。
3.通過採用SPIK控制模式，在提升生產效率，減少工藝時間，提高產品性能，降低整體能耗等方面應具有較明顯的優勢。