Казанский

Согласование и стабилизация ВЧ- мощности

Характерной особенностью ВЧ- распыления является необходимость

согласования ВЧ- генератора с распылительной системой, полное сопро-

тивление (импеданс) которой может меняться в широких пределах в зави-

симости от давления рабочего газа и размеров электродов. Устройство со-

гласования в этих условиях должно обеспечивать определенное сопротив-

ление, вносимое в выходной контур со стороны нагрузки. Только в этом

случае ВЧ- генератор будет иметь хороший КПД и отдавать в нагрузку

номинальную мощность.

Отсутствие регулируемых устройств согласования приводит к сниже-

нию КПД генератора и мощности, передаваемой им в распылительную

систему, и, как следствие, к изменению параметров, характеризующих

процесс распыления, что делает его нестабильным и невоспроизводимым.

Для стабилизации процесса распыления ВЧ- генератор следует подсое-

динять к нагрузке с помощью согласующего кабеля, включая между кабе-

лем и PC устройство согласования. Эта схема согласования наиболее

удобна, поскольку она обладает следующими достоинствами:

 в генераторе не требуются элементы настройки, поскольку он рабо-тает на фиксированную нагрузку, равную волновому сопротивлению кабеля;
 ВЧ- генератор может работать практически с любой МPC и при этом изменяются лишь элементы устройства согласования, находящиеся вне генератора;
 кабель работает в режиме, близком к режиму бегущей волны, т. е. при максимальном напряжении на нем.
Для обеспечения работы генератора на согласованный кабель необхо-

42

димо, чтобы со стороны PC кабель был нагружен на чисто активное со-

противление, равное характеристическому сопротивлению этого кабеля

R_ХАР. С этой целью между кабелем и PC включают согласующий четырех-полюсник, который «пересчитывает» полное сопротивление PC Z_РС=R_РС+jX_РС в сопротивление R_ХАР (где R_РC и Х_РС- соответственно активная и реактивная составляющие PC).
Наиболее простым и удобным четырехполюсником является Г-образная

цепочка, состоящая из двух реактивных элементов Х_ПОСЛ и Х_ПАР, значения которых могут быть найдены из условия равенства полного сопротивления согласующего четырехполюсника, нагруженного на систему распыления, значению R_ХАР.
Для осуществления процесса согласования необходим индикатор, роль

которого может выполнять измеритель мощности, применяемый в корот-

коволновых передатчиках связи. Регулирование элементов согласования

четырехполюсника в этом случае производится до тех пор. пока отражен-

ная мощность не станет равной нулю.

При увеличении магнитной индукции поля до 0,01 Тл импеданс разряд-

ного промежутка уменьшается в несколько раз вследствие увеличения

плотности плазмы. Уменьшение импеданса происходит в основном за счет

снижения его реактивной составляющей, в то время как активная состав-

ляющая изменяется незначительно. Для согласования импеданса разрядно-

го промежутка с выходным сопротивлением ВЧ- генератора целесообраз-

но использовать Г- образный четырехполюсник с емкостью, параллельной

его входу, и индуктивностью, включенной последовательно с нагрузкой.

Подобного рода схема обеспечивает согласование во всем диапазоне из-

менения индукции магнитного поля. Поскольку при изменении индукции

магнитного поля активная составляющая импеданса изменяется незначи-

тельно, согласование ВЧ- генератора с нагрузкой достигается только пу-

43



тем регулирования индуктивности. Это позволяет использовать сравни-

тельно простое устройство автоматического согласования с фазовым дис-

криминатором в качестве датчика рассогласования.

Рис.14. Типичная схема согласования импеданса ВЧ – генера-тора и его нагрузки

На Рис.14 приведены две, чаще всего используемые схемы согласования

и формулы для расчета параметров их компонентов. Здесь R_G - импеданс генератора (который почти всегда равен 50 Ом и приводится в описании прибора), a R - импеданс ВЧ тлеющего разряда. Величина импеданса раз-ряда должна быть измерена для каждой конкретной системы. В большин-стве случаев импеданс генератора выше импеданса разряда, так что в этом случае следует использовать схему с Г- образным четырехполюсником, показанную на Рис.14а. Конденсатор, изображенный пунктиром, пред-ставляет собой емкость между ВЧ электродом и его экраном. В принципе, его можно было бы рассматривать как часть согласующей схемы. Однако на практике этот конденсатор имеет довольно низкую добротность, и. если экран расположен очень близко к ВЧ электроду (что является обычным

44

для систем распыления на постоянном токе), могут иметь место большие

потери мощности. Часто в схему согласования включают разделительный

конденсатор. Хотя ту же роль играет изолированный электрод мишени,

использование внешнего конденсатора позволяет исключить всякую неоп-

ределенность, связанную с утечками сквозь диэлектрик мишени и по ее

краям.