偏压简介

偏压（Bias)是指在镀膜过程中施加在基体上的负电压。偏压电源的正极接到真空室上，同时真空室接地，偏压的负极接到工件上。由于大地的电压一般认为是零电位，所以工件上的电压习惯说负偏压，简称偏压。

负偏压的作用

1. 提供粒子能量；

2. 对于基片的加热效应；

3. 清除基片上吸附的气体和油污等，有利于提高膜层结合强度；

4. 活化基体表面；

5. 对电弧离子镀（Arc Ion Plating)中的大颗粒有净化作用；

偏压的分类

根据波形可分为：

直流偏压

直流脉冲偏压

直流叠加脉冲偏压

双极性脉冲偏压

根据电源使用时是否需要切换高压档/低压档

很多的偏压电源需要在工作时候切换高压档和低压档，高压档位用于轰击和清洗，低压档用于沉积膜层，下面介绍两种电源的输出坐标图：

需要切换高压档（HV）和低压档（LV）的电源输出图

不需要切换高低压档位无级连续调节输出

偏压电源的可调参数

• 偏压幅值

• 占空比

• 频率

• 波形

偏压电源的重要特性

• 每分钟的灭弧数量（单位每分钟灭弧次数）

• 检测大弧的灵敏度（mJ/kW 可检测的电弧能量）

偏压的负载特性

偏压的工作负载为等离子体，当使用直流偏压的时候，等离子体表现为阻性；当使用脉冲偏压的时候，等离子体表现出阻性+容性，可以认为是电阻和电容的串联，容性产生的本质是由基片表面的等离子鞘层引起。

直流偏压和脉冲偏压的比较

传统的电弧离子镀是在基片台上施加直流负偏压控制离子轰击能量, 这种沉积工艺存在以下缺点:

1. 基体温升高, 不利于在回火温度低的基体上沉积硬质膜。

2. 高能离子轰击造成严重的溅射, 不能简单通过提高离子轰击能量合成高反应阈能的硬质薄膜。

直流偏压电弧离子镀工艺中,为了抑制因离子对基体表面连续轰击而导致的基体温度过高,主要采取减少沉积功率、缩短沉积时间、采用间歇沉积方式等措施来降低沉积温度，这些措施可以概括地称为能量控制法"这种方法虽然可以降低沉积温度,但也使薄膜的某些性能下降,同时还降低了生产效率和薄膜质量的稳定性，因此,难以推广应用。

脉冲偏压电弧离子镀工艺中,由于离子是以非连续的脉冲方式轰击基体表面,所以通过调节脉冲偏压的占空比,可改变基体内部与表面之间的温度梯度,进而改变基体内部与表面之间热的均衡补偿效果,达到调控沉积温度的目的。这样就可以把施加偏压的脉冲高度与工件温度独立分开(互不影响或影响很小)调节,利用高压脉冲来获得高能离子的轰击效应以改善薄膜的组织和性能,通过降低占空比来减小离子轰击的总加热效应以降低沉积温度。

偏压对膜层的影响

偏压对膜层的影响机制是很复杂的，很多公司和科研机构做了大量研究，对不不同膜层和不同设备，影响的方式和结果有很大不同，下面列出了一些主要影响，可以根据自己的使用工艺，观察总结，就可以很快摸清偏压对膜层的影响规律。

1. 膜层结构、结晶构造取向、组织结构

2. 沉积速率

3. 大颗粒净化

4. 膜层硬度

5. 膜层致密度

6. 表面形貌

7. 内应力