偏壓（Bias)是指在鍍膜過(guò)程中施加在基體上的負(fù)電壓。偏壓電源的正極接到真空室上，同時(shí)真空室接地，偏壓的負(fù)極接到工件上。由于大地的電壓一般認(rèn)為是零電位，所以工件上的電壓習(xí)慣說(shuō)負(fù)偏壓，簡(jiǎn)稱偏壓。

負(fù)偏壓的作用

1. 提供粒子能量；

2. 對(duì)于基片的加熱效應(yīng)；

3. 清除基片上吸附的氣體和油污等，有利于提高膜層結(jié)合強(qiáng)度；

4. 活化基體表面；

5. 對(duì)電弧離子鍍（Arc Ion Plating)中的大顆粒有凈化作用；

偏壓的分類

根據(jù)波形可分為：

直流偏壓

直流脈沖偏壓

直流疊加脈沖偏壓

雙極性脈沖偏壓

根據(jù)電源使用時(shí)是否需要切換高壓檔/低壓檔

很多的偏壓電源需要在工作時(shí)候切換高壓檔和低壓檔，高壓檔位用于轟擊和清洗，低壓檔用于沉積膜層，下面介紹兩種電源的輸出坐標(biāo)圖：

需要切換高壓檔（HV）和低壓檔（LV）的電源輸出圖

不需要切換高低壓檔位無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)輸出

偏壓電源的可調(diào)參數(shù)

• 偏壓幅值

• 占空比

• 頻率

• 波形

偏壓電源的重要特性

• 每分鐘的滅弧數(shù)量（單位每分鐘滅弧次數(shù)）

• 檢測(cè)大弧的靈敏度（mJ/kW 可檢測(cè)的電弧能量）

偏壓的負(fù)載特性

偏壓的工作負(fù)載為等離子體，當(dāng)使用直流偏壓的時(shí)候，等離子體表現(xiàn)為阻性；當(dāng)使用脈沖偏壓的時(shí)候，等離子體表現(xiàn)出阻性+容性，可以認(rèn)為是電阻和電容的串聯(lián)，容性產(chǎn)生的本質(zhì)是由基片表面的等離子鞘層引起。

直流偏壓和脈沖偏壓的比較

傳統(tǒng)的電弧離子鍍是在基片臺(tái)上施加直流負(fù)偏壓控制離子轟擊能量, 這種沉積工藝存在以下缺點(diǎn):

1. 基體溫升高, 不利于在回火溫度低的基體上沉積硬質(zhì)膜。

2. 高能離子轟擊造成嚴(yán)重的濺射, 不能簡(jiǎn)單通過(guò)提高離子轟擊能量合成高反應(yīng)閾能的硬質(zhì)薄膜。

直流偏壓電弧離子鍍工藝中,為了抑制因離子對(duì)基體表面連續(xù)轟擊而導(dǎo)致的基體溫度過(guò)高,主要采取減少沉積功率、縮短沉積時(shí)間、采用間歇沉積方式等措施來(lái)降低沉積溫度，這些措施可以概括地稱為能量控制法'這種方法雖然可以降低沉積溫度,但也使薄膜的某些性能下降,同時(shí)還降低了生產(chǎn)效率和薄膜質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此,難以推廣應(yīng)用。

脈沖偏壓電弧離子鍍工藝中,由于離子是以非連續(xù)的脈沖方式轟擊基體表面,所以通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖偏壓的占空比,可改變基體內(nèi)部與表面之間的溫度梯度,進(jìn)而改變基體內(nèi)部與表面之間熱的均衡補(bǔ)償效果,達(dá)到調(diào)控沉積溫度的目的。這樣就可以把施加偏壓的脈沖高度與工件溫度獨(dú)立分開(互不影響或影響很小)調(diào)節(jié),利用高壓脈沖來(lái)獲得高能離子的轟擊效應(yīng)以改善薄膜的組織和性能,通過(guò)降低占空比來(lái)減小離子轟擊的總加熱效應(yīng)以降低沉積溫度。

偏壓對(duì)膜層的影響

偏壓對(duì)膜層的影響機(jī)制是很復(fù)雜的，很多公司和科研機(jī)構(gòu)做了大量研究，對(duì)不不同膜層和不同設(shè)備，影響的方式和結(jié)果有很大不同，下面列出了一些主要影響，可以根據(jù)自己的使用工藝，觀察總結(jié)，就可以很快摸清偏壓對(duì)膜層的影響規(guī)律。

1. 膜層結(jié)構(gòu)、結(jié)晶構(gòu)造取向、組織結(jié)構(gòu)

2. 沉積速率

3. 大顆粒凈化

4. 膜層硬度

5. 膜層致密度

6. 表面形貌

7. 內(nèi)應(yīng)力