在功能性硬质涂层、光学薄膜以及柔性电子器件的制备中，薄膜的内应力状态是影响其附着强度、结构稳定性、抗疲劳性能乃至功能特性的关键因素。过高的拉应力可能导致膜层开裂、剥落；过高的压应力则可能引起基片翘曲或膜层起泡。物理气相沉积技术，特别是脉冲磁控溅射和阴极电弧沉积，通过将连续的能量输入转变为离散的脉冲，为实时调控薄膜生长过程中的能量沉积和粒子状态提供了强大手段，进而实现了对薄膜内应力大小、类型（拉/压）乃至沿厚度方向分布的梯度化精细调控。而为这些脉冲放电提供能量的高压电源，其脉冲参数的灵活编程与精准控制，正是实现应力梯度“设计”与“剪裁”的核心。
薄膜内应力主要来源于两个方面：本征应力（源于薄膜生长过程中的晶格失配、缺陷形成等）和热应力（源于薄膜与基片热膨胀系数差异在降温过程中产生）。脉冲电源技术主要通过影响本征应力的形成机制来调控应力。
脉冲放电对薄膜生长和应力影响的机理深刻而复杂：
1. 高峰值功率与高离化率：脉冲期间的高峰值功率产生高密度、高离化率的等离子体。高比例的金属离子可以被基片负偏压有效加速，以较高的能量轰击生长表面。这种“离子轰击”效应有助于提高薄膜的致密度，填补微观孔隙，通常倾向于在膜层中引入压应力。因为离子轰击将原子“打入”亚表面层，使局部密度高于平衡态，产生挤压效应。通过控制脉冲的幅度（影响离子能量）和宽度（影响离子通量），可以调节这种离子辅助沉积的强度，从而控制压应力的引入量。
2. 脉冲间歇期的弛豫效应：在脉冲关闭期间，等离子体强度骤降，高能粒子轰击停止。这为吸附在生长表面的原子提供了宝贵的“弛豫”时间，使其有足够的机会通过表面扩散找到能量更低的晶格位置，从而减少因非平衡态快速沉积带来的缺陷（如空位、位错），而这些缺陷通常是拉应力的来源。因此，适当的脉冲间歇有助于降低拉应力，甚至可能将应力状态从拉应力转变为压应力。
3. 沉积速率与温度的调制：脉冲工作模式下的平均沉积速率通常低于连续模式，这有助于控制沉积过程中的温升。过高的基片温度会增强原子扩散和应力释放，但也可能促进不希望发生的相变或界面反应。脉冲参数（频率、占空比）可以调控平均功率和瞬时热流，从而间接影响生长过程中的基片温度和应力演化。
基于上述机理，通过编程改变脉冲电源的参数，可以实现复杂的应力梯度调控策略：
* 应力缓冲层与梯度过渡层：在沉积初期，可以采用高脉冲能量（高幅、低占空比）的参数，在基片上沉积一层具有适度压应力的致密薄膜作为结合层，提高附着力。随后，在向功能层过渡的过程中，逐步降低脉冲能量或调整占空比，使应力平缓过渡，避免界面处应力突变导致分层。
* 多层应力补偿结构：交替沉积具有相反应力特性（一层为压应力，下一层为拉应力）的纳米多层膜。通过精确控制每一层的厚度和脉冲沉积参数，可以使多层膜整体的净应力接近于零，同时保持每层材料的功能特性。这要求脉冲电源能在不同材料沉积时快速切换至预设的、差异化的参数组。
* 沿厚度方向的连续应力梯度：更高级的调控是在单层膜内部实现应力的连续变化。例如，从靠近基片处较高的压应力，逐渐过渡到表面的较低压应力甚至轻微拉应力。这可以通过在沉积过程中，按照预设曲线连续、平滑地改变脉冲电源的某一个或几个参数（如脉冲幅度、占空比、基片偏压）来实现。这就要求电源具备高精度的实时参数编程和快速响应能力，能够无级、平稳地跟踪复杂的设定值轨迹。
* 后处理与原位退火：某些脉冲电源模式（如双极脉冲）的负脉冲之后会跟随一个短暂的正脉冲或零压阶段，这可以对生长表面产生周期性的低能离子轰击或“热震”效应，起到类似原位退火的作用，促进应力释放和晶格恢复。
因此，镀膜脉冲电源薄膜内应力梯度调控技术，标志着薄膜沉积从追求单一性能指标，向主动设计材料内部力学状态的跨越。它将脉冲高压电源从一个提供能量的工具，转变为一把能够“雕刻”薄膜内部应力场的智能刻刀。通过将时间域上的能量编排，转化为空间域（膜厚方向）上的力学性能分布，这项技术为制备高结合强度、低翘曲、长寿命的先进涂层和柔性功能薄膜提供了前所未有的控制能力，极大地拓展了PVD技术在苛刻工况和新型器件中的应用潜力。
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