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。
中圖分類號：TN86 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256459
中文引用格式： 薛家祥，葛傳坤，金禮. 等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)研究[J]. 電子技術應用，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，葛傳坤，金禮. 等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)研究[J]. 電子技術應用，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
磁控濺射鍍膜技術作為一種先進的表面處理技術，所制備的薄膜與基底之間展現(xiàn)出強大的粘結力，并具備良好的力學性能[1]。射頻電源在這一技術領域應用廣泛，其能產生高頻大功率信號，有效激發(fā)半導體甚至絕緣體產生濺射，從而能夠鍍制各種功能薄膜[2]。射頻電源的輸出功率對薄膜的結合力、阻隔性等特性具有顯著影響[3]，功率精度一般要求在1%以內。但是目前的鍍膜用等離子電源普遍存在功率不穩(wěn)定，功率可調范圍較小和由于反饋功率計算不準確造成的輸出功率控制精度較低和預設值不符的問題[4-5]。這些問題給濺射鍍膜的成膜質量帶來了一定的不確定性。
針對上述存在的問題，本文采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術實現(xiàn)正弦信號源的生成，通過主電路對信號源的功率進行放大以滿足實際應用中對大功率的需求，提出一種等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)保證了射頻電源輸出功率具有高精準度的控制，寬闊的功率控制范圍以及優(yōu)良的系統(tǒng)響應特性。
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作者信息：
薛家祥1，葛傳坤1，金禮2
（1.華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州510640；
2.貴州民族大學 物理與機電工程學院，貴州 貴陽 550000）
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