等离子镀膜用射频电源功率计算与控制系统研究
电子技术应用
薛家祥1，葛传坤1，金礼2
1.华南理工大学 机械与汽车工程学院；2.贵州民族大学 物理与机电工程学院
摘要： 当前的等离子磁控溅射镀膜领域广泛使用的射频电源存在功率控制精度不足，功率可调范围有限，以及因功率计算不准确导致输出功率波动较大和误差显著等问题。为此，基于数字下变频技术生成射频信号源，提出了一种等离子体镀膜用射频电源功率计算与控制系统，通过VI Sensor上耦合的传输线上的信息直接计算出射频电源的输出功率，并利用控制器调节信号源幅值，从而实现对输出功率的精确调节。仿真验证该方法能够实现快速、准确的功率计算及高精度的功率调节。通过实际样机测试，该方案被证实能够显著降低输出功率误差，并提高镀膜样品上的成膜质量，为等离子磁控溅射镀膜技术的发展注入了新的活力。
中图分类号：TN86 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256459
中文引用格式： 薛家祥，葛传坤，金礼. 等离子镀膜用射频电源功率计算与控制系统研究[J]. 电子技术应用，2025，51(10)：107-111.
英文引用格式： Xue Jiaxiang，Ge Chuankun，Jin Li. Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：107-111.
中文引用格式： 薛家祥，葛传坤，金礼. 等离子镀膜用射频电源功率计算与控制系统研究[J]. 电子技术应用，2025，51(10)：107-111.
英文引用格式： Xue Jiaxiang，Ge Chuankun，Jin Li. Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：107-111.
Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating
Xue Jiaxiang1，Ge Chuankun1，Jin Li2
1.College of Mechanical and Automobile Engineering， South China University of Technology；2.College of Physics and Mechatronics Engineering， Guizhou Minzu University
Abstract： Current RF power supplies widely used in plasma magnetron sputtering coating systems suffer from insufficient power control precision, limited adjustable power ranges, and significant output fluctuations caused by inaccurate power calculations. To address these challenges, this study proposes a radio frequency (RF) power calculation and control system for plasma coating applications, utilizing a digital down-conversion (DDC)-based RF signal generator. By directly calculating the output power through voltage-current (VI) sensor-coupled transmission line data and dynamically adjusting the signal amplitude via a controller, the system achieves precise power regulation. Simulation results demonstrate rapid and accurate power computation with high-precision control. Prototype testing confirms that the proposed method significantly reduces power output errors and enhances coating film quality on substrates, thereby providing new insights for advancing plasma magnetron sputtering technology.
Key words : magnetron sputtering coating；RF power supply；power calculation；power regulation
引言
磁控溅射镀膜技术作为一种先进的表面处理技术，所制备的薄膜与基底之间展现出强大的粘结力，并具备良好的力学性能[1]。射频电源在这一技术领域应用广泛，其能产生高频大功率信号，有效激发半导体甚至绝缘体产生溅射，从而能够镀制各种功能薄膜[2]。射频电源的输出功率对薄膜的结合力、阻隔性等特性具有显著影响[3]，功率精度一般要求在1%以内。但是目前的镀膜用等离子电源普遍存在功率不稳定，功率可调范围较小和由于反馈功率计算不准确造成的输出功率控制精度较低和预设值不符的问题[4-5]。这些问题给溅射镀膜的成膜质量带来了一定的不确定性。
针对上述存在的问题，本文采用直接数字频率合成（DDS）技术实现正弦信号源的生成，通过主电路对信号源的功率进行放大以满足实际应用中对大功率的需求，提出一种等离子镀膜用射频电源功率计算与控制系统。该系统保证了射频电源输出功率具有高精准度的控制，宽阔的功率控制范围以及优良的系统响应特性。
本文详细内容请下载：
//www.51qz.net/resource/share/2000006815
作者信息：
薛家祥1，葛传坤1，金礼2
（1.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州510640；
2.贵州民族大学 物理与机电工程学院，贵州 贵阳 550000）
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