Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН), лаборатория прикладной электроники (заведующий к.т.н. А. А. Соловьев)
Широко распространенной в промышленности технологией нанесения диэлектрических покрытий является дуальное магнетронное распыление. В зависимости от конкретной задачи дуальные магнетронные распылительные системы используют в среднечастотном (MFMS) или сильноточном (HIPIMS) импульсных режимах. Высокая импульсная мощность разряда в HIPIMS позволяет существенно увеличивать уровень ионного воздействия на растущее покрытие и получать покрытия более высокого качества, по сравнению с MFMS. Однако низкая скорость напыления покрытий препятствует широкому внедрению HIPIMS в производстве. В последнее время набирает популярность комбинированный режим нанесения покрытий HIPIMS+MFMS. Для этого источник электропитания формирует последовательности выходных биполярных импульсов, включающие в себя, как импульсы HIPIMS, так и импульсы MFMS. Это позволяет использовать преимущества HIPIMS и сохранить скорость напыления на уровне, приемлемом для промышленного применения. В ИСЭ СО РАН разработан новый источник электропитания для такого комбинированного магнетронного распыления. На рис. 1 представлены осциллограммы импульсов разрядного тока и напряжения, полученные во время работы источника.
Важной особенностью источника является широкий диапазон регулирования выходных импульсных параметров и возможность независимой регулировки импульсов положительной и отрицательной полярности. Амплитуда импульсов напряжения регулируется в диапазоне от 100 до 1300 В. Выходная мощность достигает 20 кВт, а средняя величина выходного тока 13 А. Частота среднечастотых импульсов регулируется в диапазоне от 10 до 100 кГц, а импульсов высокой мощности от 20 до 5000 Гц. Максимальная амплитуда импульсов тока в HIPIMS составляет 200 А, при этом импульсная мощность может достигать 260 кВт. Источник питания имеет модульную конструкцию, что обуславливает возможность изменения рабочих конфигураций и увеличения выходной мощности. Отечественные аналоги источника электропитания не обнаружены. Поэтому разработка патентоспособна на территории Российской Федерации.
В отличие от зарубежного аналога, источника электропитания SIPP2000-20-500-D (MELEC GmbH, Германия) (Uout = ±1000 В, Iout = 20 А, Pout = 20 kW, Imax = ±500 А, fmf = ≤ 50 кГц, fhipims ≤ 2 кГц), разработка ИСЭ СО РАН обеспечивает более широкий диапазон регулирования напряжения разряда, частоты формирования импульсов высокой мощности и частоты среднечастотых импульсов, а также имеет в разы меньшую стоимость. Расширение диапазона регулирования выходных импульсных параметров позволит снизить рабочее давление процесса, в более широком диапазоне регулировать параметры плазмы, и тем самым, увеличить скорость осаждения и улучшить характеристики покрытий. Источник электропитания предназначен для промышленных предприятий, работающих на рынке физического газофазового осаждения (PVD) покрытий, и имеет высокий рыночный потенциал. Согласно маркетинговому исследованию компании Grand View Research объем мирового рынка оборудования для PVD покрытий оценивался в 2017 году в 10,1 млрд долларов США.
На рис. 2 представлена фотография образца нового источника питания, серийное производство которого планируется в 2020 г. компанией «Прикладная электроника» (г. Томск).