绝缘基底怎样低温镀出好膜？解读 SFP-HiPIMS 与 HiPIMS 氮化物涂层综述
玻璃、陶瓷、蓝宝石、聚合物这类绝缘基底，是 PVD 工艺里的老难题：基底不导电，常规的负偏压加不上去，金属离子就得不到加速，膜层致密度和结晶质量受限；改用射频偏压虽然能作用在绝缘体上，但高能氩离子也一起被加速，容易损伤膜层。
本文解读两篇公开文献：一篇是 2025 年发表在 Nature Communications 上的 SFP-HiPIMS 方法，另一篇是同年 Coatings 上关于 HiPIMS 氮化物涂层的综述，并说明它们对电源选型的含义。
一、SFP-HiPIMS：不加偏压，借用基底的“瞬态负电位”
瑞士 Empa 的 Patidar、Pshyk、Siol 等人提出了同步浮动电位 HiPIMS（SFP-HiPIMS）[1]。它的出发点是一个容易被忽略的现象：HiPIMS 放电期间，悬浮的（未接电源的）基底表面会出现短暂的负浮动电位。
原理要点：
▸ 不给绝缘基底加偏压，而是调整时序，让金属离子恰好在基底处于负浮动电位的时间窗内到达，从而被选择性加速；
▸ 氩离子主要在其他时段到达，高能 Ar+ 轰击因此减少；
▸ 作为验证，作者在多种绝缘基底上沉积了 Al0.88Sc0.12N 薄膜，结晶性、织构和残余应力均得到改善，并在 100 °C 下实现了 c 面蓝宝石上的外延生长 [1]。
论文同时指出，按工艺参数不同，HiPIMS 沉积通量中离子所占比例可超过 50% [1]——这正是“用时序挑选离子”的物理基础：离子多，才值得去加速、去筛选。
（推论）SFP-HiPIMS 与导电基底上的“同步脉冲偏压”是同一个思路的两种实现：核心都是只在金属离子到达的时间窗内给离子加速。区别在于前者利用基底自身的浮动电位，不需要偏压电源；后者用偏压电源主动施加，适用于导电基底或已形成导电层的工件。
二、Coatings 综述：HiPIMS 氮化物涂层的进展
Sharma 等人 2025 年的综述 [2] 系统梳理了 HiPIMS 制备 TiN、CrN、AlN 及多元氮化物涂层的研究。其共识可以概括为：
▸ HiPIMS 依靠高峰值电流密度产生大量金属离子，在偏压配合下可以抑制柱状晶和晶间孔隙，提高致密度；
▸ 致密化通常伴随硬度和结合力的提升，但也会带来压应力升高，需要通过偏压、脉冲参数和多层结构加以平衡；
▸ 沉积速率低于同平均功率的直流磁控溅射，是 HiPIMS 工业化中常被讨论的代价。
三、这对电源意味着什么
两篇文献都把“离子到达的时机”放在了核心位置。落到设备上，对电源有两点直接要求：
1. 靶电源与偏压电源之间要能精确同步。在导电基底或已金属化的工件上，偏压脉冲需要按金属离子的飞行时间设置延时，才能把能量用在金属离子上，而不是氩离子上。
2. 反应溅射氮化物时要控制好打弧。靶面中毒区域会积累电荷，电源的弧检测与关断速度直接影响大颗粒缺陷。
精新电源的 JX-HiPIMS-Max 与 JX-MSB 支持主从同步，偏压延时可按工艺设置；JX-MSB 采用微分弧检测、本质弧抑制与四象限弧能量释放管理，标称拉弧能量 <0.2 mJ/kW。需要说明的是，SFP-HiPIMS 本身并不需要偏压电源，它对 HiPIMS 电源的脉冲时序控制提出要求；绝缘基底具体走哪条路线，需要结合基底、膜系和腔体做工艺验证。
JX-HiPIMS-Max 主要参数（产品页标称）
平均/峰值功率 40 kW / 4 MW；峰值电流 0～2000 A；工作电压 −200～−1000 V，反向电压 +50～+750 V；频率 200～5000 Hz，脉宽 3～100 μs，占空比 0.5%～40%；恒压/恒流/恒功率/PT 动态模式；峰值效率约 96.3%；MTBF ≥100000 h。
参考文献
[1] J. Patidar, O. Pshyk, K. Thorwarth, L. Sommerhäuser, S. Siol. Low temperature deposition of functional thin films on insulating substrates enabled by selective ion acceleration using synchronized floating potential HiPIMS. Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59911-y
[2] Sharma et al. Exploring the Potential of High-Power Impulse Magnetron Sputtering for Nitride Coatings: Advances in Properties and Applications. Coatings 15 (2025) 130. DOI: 10.3390/coatings15020130