电弧源制备光学薄膜的技术研究

发布时间：2017-10-21 13:21

  本文关键词：电弧源制备光学薄膜的技术研究

  更多相关文章： 电弧离子镀 光学薄膜 弧源结构 控制电路 技术研究

【摘要】：目前,电弧离子镀技术已发展成为薄膜技术领域中的一项重要的技术类别。电弧离子镀有提高靶材离化率、靶材离子动能以及薄膜沉积速率,靶源数量和位置可以任意安置等优点,所以其在工业领域非常盛行,广泛应用于模具、不锈钢板材、钢管、灯具、五金制品以及装饰材料等领域。膜层材料从以前的单层化合物演变发展出多种材料的化合物薄膜,并且在今后还会研究出多层复合薄膜,使其具有很高的研究和经济价值。本文首先进行了电弧离子镀引弧结构的优化,通过添加压板的方式提高了较软金属的紧固度,用引弧针代替引弧陶瓷,改变了引弧的方式,提高了起弧效率。对电弧源的稳弧和偏转磁场进行了设计并分析了其磁场分布,结果表明磁场能够达到偏转离子和消除“大颗粒”的作用。讨论了控制电路的实现方案,进行了绝缘栅双极型晶体管的驱动电路、多谐振荡器、电压比较电路的设计,对控制电路环节的性能进行了仿真测试,制作了电路PCB板并对其进行了检测。仿真与实验结果表明：在初次引弧和靶材熄弧时能够生成高压脉冲,而在引弧稳定后可以关闭脉冲信号,符合设计要求,镀膜工作时能够保持靶源电弧的持续稳定,稳定性较高,达到预期效果,从PCB板检测中发现电路运行时脉冲波形会受到一些干扰,需要进一步完善。研究了靶电流以及氧分量在制备过程中对薄膜沉积速率以及表面粗糙度的影响,得到以下结论：当电弧工作正常时,靶电流对薄膜沉积速率的影响很小,但是对薄膜表面粗糙度的影响却很大；氧分量正好相反,氧气浓度的大小并不会过度影响到薄膜的表面粗糙度,但可以很大程度上改变薄膜的沉积速率。因此在以后的制备过程中,可以通过改变氧气的分布来控制薄膜的沉积速率,并可以通过靶电流的变化来减小薄膜的表面粗糙度。
【关键词】：电弧离子镀 光学薄膜 弧源结构 控制电路 技术研究
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 光学薄膜制备技术8-11
• 1.1.1 热蒸发8-9
• 1.1.2 溅射沉积9
• 1.1.3 离子镀9-10
• 1.1.4 化学气相沉积10-11
• 1.2 电弧离子镀技术11-15
• 1.2.1 电弧与电弧离子镀11-12
• 1.2.2 电弧离子镀的优缺点12-14
• 1.2.3 电弧离子镀的历史及发展现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 2 电弧离子源结构设计16-22
• 2.1 引弧结构的优化16-18
• 2.1.1 电弧离子镀的引弧方式16
• 2.1.2 引弧结构的优化16-18
• 2.2 冷却系统优化18-19
• 2.3 总体结构19-21
• 2.4 加工材料选择21
• 2.5 小结21-22
• 3 磁场设计与分析22-30
• 3.1 外加磁场对弧斑运动的影响22-23
• 3.2 靶源磁场设计23-24
• 3.3 “大颗粒”的产生与净化24-25
• 3.3.1 “大颗粒”的产生原因24
• 3.3.2 “大颗粒”的净化方法24-25
• 3.4 偏转磁场设计25-27
• 3.5 磁场分析27-29
• 3.6 小结29-30
• 4 起弧控制电路设计30-48
• 4.1 高压脉冲电源31-32
• 4.1.1 高压脉冲电源的选择31
• 4.1.2 高压脉冲电源技术指标31
• 4.1.3 功率半导体开关的选择31-32
• 4.2 绝缘栅双极晶体管32-36
• 4.2.1 IGBT的结构32-33
• 4.2.2 IGBT的静态特性33-34
• 4.2.3 IGBT的动态特性34-36
• 4.3 IGBT驱动电路36-38
• 4.3.1 IGBT驱动电路器件选择36-37
• 4.3.2 驱动电路设计37-38
• 4.4 脉冲发生电路设计38-40
• 4.5 比较电路设计40-42
• 4.6 电路总体结构42-43
• 4.7 电路仿真43-45
• 4.8 印制电路板的制作与检测45-47
• 4.8.1 印制电路板的制作45
• 4.8.2 PCB板检测45-47
• 4.9 小结47-48
• 5 薄膜制备的工艺研究48-54
• 5.1 薄膜检测设备48-51
• 5.1.1 椭圆偏振光谱仪48-49
• 5.1.2 白光干涉仪49-51
• 5.2 靶电流对薄膜制备的影响51-52
• 5.2.1 靶电流对薄膜沉积速率的影响51
• 5.2.2 靶电流对薄膜表面粗糙度的影响51-52
• 5.3 氧分量对薄膜制备的影响52-53
• 5.3.1 氧分量对薄膜沉积速率的影响52-53
• 5.3.2 氧分量对薄膜表面粗糙度的影响53
• 5.4 小结53-54
• 6 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文60-61
• 致谢61-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 姜雪峰;刘清才;王海波;;多弧离子镀技术及其应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年10期

2 叶勇松;潘钢;邓小亮;张良成;;单真空电弧离子镀技术及其在航空发动机中的应用[J];热处理技术与装备;2011年02期

3 郎文昌;肖金泉;宫骏;孙超;黄荣芳;闻立时;;轴对称磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响[J];金属学报;2010年03期

4 周友苏,张立珊;阴极电弧源镀制TiO_2薄膜的研究[J];现代制造工程;2003年S1期

5 张平;杜军;田飞;蔡志海;;脉冲偏压离子镀的研究现状[J];装甲兵工程学院学报;2009年02期

6 赵之明;李合琴;顾金宝;宋泽润;;射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性[J];真空与低温;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 林国强;脉冲偏压电弧离子镀的工艺基础研究[D];大连理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 邱骏;射频磁控溅射法制备TiO_2，ZnO薄膜及性质研究[D];南京理工大学;2007年

，

本文编号：1073586