真空镀膜基片双偏压复合电源系统
在物理气相沉积技术中，施加于基片上的偏压是调控薄膜微观结构、力学性能以及附着力的最有效手段之一。传统的直流或单频射频偏压已广泛使用，但随着对薄膜性能要求的日益苛刻，特别是在制备超硬、超韧、低应力纳米复合涂层或复杂多层结构时，单一模式的偏压往往难以满足多目标优化需求。因此，能够同时施加两种不同特性偏压的复合电源系统应运而生。这种双偏压系统通常将直流偏压与射频偏压，或者两种不同频率的射频偏压进行复合叠加，通过它们之间的协同与互补效应，实现对等离子体鞘层特性、离子能量分布以及离子通量的更精细控制，从而在更宽的工艺窗口内获得理想的薄膜性能。
直流偏压与射频偏压的复合是最常见的形式。直流偏压能够提供一个稳定的负电位，持续吸引正离子轰击生长中的薄膜表面，有利于提高薄膜的致密度和促进柱状晶向等轴晶的转变。然而，直流偏压下的离子能量受鞘层压降控制，分布相对集中但无法独立于离子通量进行调节，且在绝缘膜沉积时会产生电荷积累问题。射频偏压则通过高频（通常为13.56MHz或其谐波）交变电场，使电子和离子在鞘层中响应不同，能够在绝缘表面有效建立负的自偏压，并产生较宽的离子能量分布。将两者复合，其核心优势在于解耦对离子能量和离子通量的控制。
在直流+射频复合偏压系统中，直流分量主要设定一个平均的基片电位基准，并贡献一部分离子流；而射频分量则主要调制离子能量分布，并向鞘层注入额外能量，影响离子的运动状态。通过独立调节直流电压的幅值和射频功率（或通过匹配网络调节其产生的自偏压），可以在较大范围内独立调整平均离子能量和离子通量密度。例如，在沉积类金刚石膜时，较高的直流偏压有助于获得高sp3键含量（对应高硬度），但可能导致过高应力；而适度的射频功率可以引入更多低能离子，有助于缓解应力，同时通过拓宽的能量分布优化表面迁移率。复合偏压允许工艺工程师在这两个维度上寻找最佳平衡点。
实现这种复合，并非简单地将两个电源的输出端并联。由于射频信号频率高，必须防止其窜入直流电源，导致直流电源损坏或性能不稳定；同时也要防止直流高压对射频匹配网络和功率放大器造成影响。因此，系统需要一个专用的复合耦合网络。该网络通常包含高频阻流电感（用于阻挡射频信号进入直流电源）、高压隔直电容（用于阻挡直流进入射频电源）以及相应的保护电路。网络的设计需要确保在很宽的阻抗范围内都能有效工作，因为负载（等离子体鞘层）的阻抗会随工艺条件变化。同时，网络本身的功耗和耐压能力必须满足高功率长时间运行的要求。
另一种复合形式是双射频偏压，即使用两个不同频率的射频电源（如2MHz与27MHz，或13.56MHz与60MHz）。低频射频偏压产生的离子能量较高，对薄膜有较强的轰击效应；高频射频偏压则能产生更高的等离子体密度，且离子能量分布更低、更窄。两者复合，可以在获得高离子通量（来自高频）的同时，利用低频分量提供可控的、具有一定能量的离子轰击，从而实现对沉积速率和薄膜结构的同时优化。这种方案对电源间的频率隔离和匹配网络设计提出了更高要求，必须有效抑制两个频率信号之间的相互干扰。
更先进的双偏压系统引入了脉冲调制与同步控制。无论是直流+射频，还是双射频，都可以引入脉冲工作模式。例如，将直流偏压或其中一个射频偏压进行脉冲调制。脉冲的引入可以周期性地改变离子轰击条件，有利于降低热积累、释放应力，甚至可以实现薄膜生长与表面处理的交替进行。如果双偏压的脉冲能够进行同步编程（如同步开启、交替开启或设定相位差），则能创造出更为复杂的周期性表面处理条件，这对于生长纳米层状结构或功能梯度涂层极具价值。这要求两个高压电源均具备脉冲调制能力，并且它们的主控单元能够实现高精度的时序同步。
系统的实时监测与闭环控制是发挥其优势的关键。复合偏压下的等离子体参数（如离子能量分布、等离子体电位）更加复杂。理想的系统可以集成高级诊断，如射频电压电流探针、或甚至能量分辨质谱，实时监测鞘层状态和入射离子信息。基于这些反馈，控制系统可以动态调整直流电压和射频功率的设定，以维持期望的工艺条件，补偿因靶材损耗、气体压力波动等因素带来的扰动。
安全与可靠性设计同样复杂。两个高压电源的联合工作增加了故障点。系统需要全面监测各电源的输出状态、复合网络的温度、反射功率等，并建立完善的联锁保护机制。任一电源出现异常，系统都应能安全地关闭另一个电源，并妥善处理储能。
综上所述，真空镀膜基片双偏压复合电源系统，代表了基片偏压技术从单一参数控制向多参数协同调控的进阶。它通过巧妙的电路设计和控制策略，将两种不同特性的偏压场融合在一起，为薄膜生长表面创造了一个能量与通量可独立编程的“离子加工环境”。这种灵活性使得工艺开发者能够更精准地操控薄膜的成核、生长、应力演化以及界面特性，为制备新一代高性能、多功能复合涂层开辟了广阔的工艺空间。随着对薄膜微观结构与性能关联理解的深入，双偏压乃至多偏压复合技术将成为高端PVD装备中不可或缺的核心模块，推动表面工程向更高层次发展。
