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完成单位：中国工程物理研究院流体物理研究所

主要完成人：李波、赵娟、马勋、李洪涛、黄宇鹏、冯元伟、张信

项目亮点

本项目提出创新的基于高压短脉冲预电离和高功率双极性脉冲的组合波形溅射方法及电路拓扑结构设计，解决了现有磁控溅射技术存在的较高频次死火、有效溅射时间不稳定、易打弧及难以处理多种材料组分精密可控溅射镀膜等问题，实现了靶压独立精密可控的双靶溅射制备铌三锡超导薄膜。

项目介绍

本项目针对现有磁控溅射镀膜电源存在的重复频率工作时存在的较高频次死火、起辉时刻不稳定、有效溅射时间不稳定、易打弧且难以处理多种材料组分精密可控溅射镀膜等问题，系统地开展了新型磁控溅射镀膜电源设计研究，突破了组合波形电源设计、高压短脉冲预电离和高功率双极性脉冲一体化设计等关键技术，并取得了以下技术创新：

1)、提出短脉宽预电离脉冲与长脉宽双极性主脉冲结合的组合波形溅射方法。在主脉冲前用高压短脉冲在靶和基材工件之间产生预电离等离子体，随后馈入高功率双极性主脉冲，在靶和基材工件之间形成稳定放电，建立并保持稳定的溅射镀膜过程。解决传统磁控溅射镀膜电源存在的重复频率工作下较高频次死火、起辉时刻不稳定等问题；

2)、提出采用异步驱动两电平类桥式电路、感抗隔离方法及磁开关解耦等方法实现了高压短脉冲预电离和低压高功率双极性脉冲的一体化设计，解决了在同一个负载上加载3个电压幅值、脉冲宽度、延迟时间均可调的脉冲信号技术难题，实现了组合波形激励及电源的小型化设计；

3)、提出一种保护时间和打弧电流独立可调的快速响应保护电路，有效抑制了弧光放电，有利于镀膜质量的提升。

研制成功了包含两路独立组合波形电源和一路基材工件偏置电源的新型等离子体磁控溅射镀膜电源系统，其中单路组合波形电源可输出频率0~60Hz的高压预脉冲、高功率负极性脉冲和正极性脉冲。高压预脉冲电压0~-3500V、脉冲宽度0~20μs；高功率负极性脉冲电压0~-800V、峰值功率120kW、脉冲宽度20~200μs；正极性脉冲电压0~300V、脉冲宽度20~200μs。该系统成功应用于北京大学磁控溅射镀膜装置，在国内首次成功制备出了薄膜组织结构达到T区的铜基铌三锡超导功能薄膜，对于推动我国超导加速腔薄膜研究具有重要意义。

研究成果已获授权国家发明专利1项、实用新型专利1项，尚在实质审查阶段发明专利1项、发表SCI论文1篇（Materials Research Express），核心期刊论文2篇，提升了我国磁控溅射技术制备多种材料组分、高性能薄膜的能力，对我国特种电源技术、材料表面处理、射频超导加速腔的应用研究具有重要的参考作用。

项目图片

项目完成单位

中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事尖端武器相关的流体动力学实验及其诊断测试技术、高新技术武器研制、军民两用技术开发及成果转化等。研究领域涉及爆轰物理、脉冲功率技术、应用电子学等多个学科和专业。拥有Z箍缩电磁驱动高能量密度等离子体物理实验装置等一批大型科研设施及配套的实验诊断技术。

作为项目承接和完成单位，主要负责项目的组织实施和管理，包括组织研究方案的讨论、编制和审查，对本项目进展和完成情况进行监督检查，为项目研究提供了场地、设备等保障条件。

第一完成人简介

李波

中国工程物流研究院流体物理研究所

李波，男，1986年生，本科，中国工程物理研究院工学院电气自动化控制专业，2008年至今在中国工程物流研究院流体物理研究所工作，主要从事高压大电流特种电源及应用电子学设备研制。负责或作为主研人员完成了SPERF装置±10kV双极性充电电源、磁控溅射电源、大型直感加速器HL80型恒流源、氙灯电源及多个型号任务探头研制。获军队科技进步奖三等奖1项，院级科技奖励2项，所级科技奖励5项；作为第一发明人获国家发明专利1项、实用新型专利授权1项，一作发表期刊论文5篇。