華測(cè)儀器HCAM10kV、25kV系列高壓功率放大器用于離子注入機(jī)系統(tǒng)

華測(cè)儀器10kV、25kV高壓功率放大器在離子注入機(jī)系統(tǒng)中的技術(shù)解析與工程實(shí)踐——國產(chǎn)儀器在半導(dǎo)體制造中的創(chuàng)新突破。

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，離子注入機(jī)被譽(yù)為“芯片制造的精密手術(shù)刀"，其核心功能是通過高能離子束對(duì)晶圓進(jìn)行原子級(jí)摻雜，從而精確調(diào)控材料的電學(xué)特性。作為離子注入系統(tǒng)的“心臟"，高壓功率放大器直接決定了離子能量的穩(wěn)定性、注入深度控制精度及系統(tǒng)長期可靠性。北京華測(cè)試驗(yàn)儀器有限公司（以下簡稱“華測(cè)儀器"）自主研發(fā)的HCAM系列高壓功率放大器（含10kV、25kV等型號(hào)），通過全固態(tài)電路設(shè)計(jì)、四象限動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)及超低噪聲控制等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從電壓輸出穩(wěn)定性（直流精度優(yōu)于1%）到動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力（轉(zhuǎn)換速率突破900V/μs）的全面突破，不僅為5nm以下先進(jìn)制程提供了國產(chǎn)化解決方案，以高精度、高可靠性及靈活定制能力，成為推動(dòng)國產(chǎn)離子注入設(shè)備性能躍遷的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

華測(cè)儀器高壓功率放大器設(shè)備圖

一、核心技術(shù)：全鏈路精密控制

華測(cè)儀器HCAM系列高壓功率放大器采用全固態(tài)電路設(shè)計(jì)，摒棄傳統(tǒng)真空管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)運(yùn)行，顯著降低停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。其核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

1. 寬域動(dòng)態(tài)響應(yīng)

10kV：支持0~±10kV直流/交流峰值輸出，電流達(dá)±40mA，小信號(hào)帶寬高達(dá)25kHz，壓擺率>900V/μs，可快速響應(yīng)高頻脈沖信號(hào)（如離子注入的1-100μs脈寬需求。

25kV：0~±25kV（直流或交流峰值），覆蓋離子注入機(jī)加速電極的高壓需求。電流驅(qū)動(dòng)能力：0~20mA（直流）或±20mA（峰值，1ms），支持高能離子束的穩(wěn)定加速。

2. 四象限智能驅(qū)動(dòng)

采用四象限有源輸出技術(shù)，可同時(shí)吸收或供給電流，適配容性負(fù)載（如靜電偏轉(zhuǎn)板）和阻性負(fù)載（如等離子體源），避免傳統(tǒng)放大器因負(fù)載突變導(dǎo)致的性能波動(dòng)，提升離子束路徑控制的均勻性。

3. 閉環(huán)控制與低噪聲特性

通過高精度閉環(huán)系統(tǒng)，直流電壓增益精度優(yōu)于1%，輸出噪聲<1.5Vrms，溫度漂移<100ppm/°C，滿足離子劑量控制（101? ions/cm2量級(jí)）的超高精度需求。

二、應(yīng)用場(chǎng)景：從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的全覆蓋

在離子注入機(jī)系統(tǒng)中，華測(cè)儀器高壓放大器通過多級(jí)協(xié)同，賦能關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)：

1．主加速級(jí)能量供給

25kV放大器驅(qū)動(dòng)多級(jí)加速電場(chǎng)，賦予離子束數(shù)十至數(shù)百keV能量，確保先進(jìn)制程的注入深度與濃度一致性。

   2．束流控制與掃描系統(tǒng)

靜電偏轉(zhuǎn)：10kV提供精準(zhǔn)電壓，驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)板實(shí)現(xiàn)晶圓表面混合掃描（機(jī)械+電子），減少邊緣效應(yīng)導(dǎo)致的摻雜不均。

聚焦透鏡供電：低紋波輸出優(yōu)化束流聚焦，散射損失降低30%，提升晶圓利用率。

   3．等離子體源與電荷中和
   為離子源電離（如BF?、PH?氣體）提供高壓，并通過電子槍消除晶圓表面電荷，防止器件擊穿損傷。

   4．材料改性研究

介電彈性體測(cè)試：施加0~10kV/mm電場(chǎng)，研究材料形變與電致伸縮效應(yīng)，為柔性電子器件開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

鐵電材料極化：通過精準(zhǔn)控制極化電場(chǎng)（0~10kV），提升材料剩余極化強(qiáng)度，優(yōu)化存儲(chǔ)器件性能。

HCAM系列高壓功率放大器還可擴(kuò)展至材料極化、介電擊穿測(cè)試等領(lǐng)域，例如驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷薄膜極化、微流控芯片操控等，展現(xiàn)多場(chǎng)景適配能力。

華測(cè)儀器HCAM系列高壓功率放大器憑借其全固態(tài)設(shè)計(jì)、四象限動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)控及模塊化擴(kuò)展接口等核心技術(shù)，已從半導(dǎo)體制造領(lǐng)域延伸至量子計(jì)算、核物理研究、先進(jìn)材料改性等前沿科研場(chǎng)景，成為多學(xué)科交叉創(chuàng)新的關(guān)鍵賦能工具。