On unipolar and bipolar HiPIMS pulse configurations to enhance energy flux to insulating surfaces

Abstract

This study explores the effect of various HiPIMS pulse configurations (unipolar, bipolar, chopped unipolar, and chopped bipolar) to increase energy flux to an insulated surface (e.g., substrate or growing film). The chopped bipolar HiPIMS configuration, featuring several short positive pulses replacing a single long positive pulse, is introduced, and the total energy fluxes are subsequently measured using a passive thermal probe. Moreover, the effect of the probe's capacitance with respect to the ground is systematically investigated by connecting an external capacitor. For surface capacitance in tens of nF, chopping the positive pulse in bipolar HiPIMS effectively increases the energy delivered to the film by discharging the surface in the off-times.Tato studie zkoumá vliv různých konfigurací HiPIMS pulzů (unipolární, bipolární, přerušované unipolární a přerušované bipolární) na zvýšení toku energie na nevodivý povrch (např. substrát nebo rostoucí tenká vrstva). Navrhuje využití přerušovaného bipolárního HiPIMS pulzu, který zahrnuje několik krátkých kladných pulzů nahrazujících jeden dlouhý kladný pulz. Celkové toky energie na substrát jsou měřeny pomocí pasivní tepelné sondy. Kromě toho se systematicky zkoumá vliv kapacity sondy vzhledem k zemi připojením externího kondenzátoru. Pro kapacitu povrchu v řádu desítek nF tato konfigurace pulzů účinně zvyšuje energii dodanou do vrstvy díky opakovanému vybíjení povrchu v době vypnutí pulzu.