華測儀器HCAM10kV、25kV系列高壓功率放大器用于離子注入機系統

華測儀器10kV、25kV高壓功率放大器在離子注入機系統中的技術解析與工程實踐——國產儀器在半導體制造中的創新突破。

在半導體制造領域，離子注入機被譽為“芯片制造的精密手術刀”，其核心功能是通過高能離子束對晶圓進行原子級摻雜，從而精確調控材料的電學特性。作為離子注入系統的“心臟”，高壓功率放大器直接決定了離子能量的穩定性、注入深度控制精度及系統長期可靠性。北京華測試驗儀器有限公司（以下簡稱“華測儀器”）自主研發的HCAM系列高壓功率放大器（含10kV、25kV等型號），通過全固態電路設計、四象限動態驅動及超低噪聲控制等創新技術，實現了從電壓輸出穩定性（直流精度優于1%）到動態響應能力（轉換速率突破900V/μs）的全面突破，不僅為5nm以下先進制程提供了國產化解決方案，以高精度、高可靠性及靈活定制能力，成為推動國產離子注入設備性能躍遷的關鍵驅動力。

華測儀器高壓功率放大器設備圖

一、核心技術：全鏈路精密控制

華測儀器HCAM系列高壓功率放大器采用全固態電路設計，摒棄傳統真空管結構，實現免維護運行，顯著降低停機風險。其核心技術優勢包括：

1. 寬域動態響應

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

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

2. 四象限智能驅動

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

3. 閉環控制與低噪聲特性

通過高精度閉環系統，直流電壓增益精度優于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）的超高精度需求。

二、應用場景：從實驗室到量產的全覆蓋

在離子注入機系統中，華測儀器高壓放大器通過多級協同，賦能關鍵工藝環節：

1．主加速級能量供給

25kV放大器驅動多級加速電場，賦予離子束數十至數百keV能量，確保先進制程的注入深度與濃度一致性。

   2．束流控制與掃描系統

靜電偏轉：10kV提供精準電壓，驅動偏轉板實現晶圓表面混合掃描（機械+電子），減少邊緣效應導致的摻雜不均。

聚焦透鏡供電：低紋波輸出優化束流聚焦，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

介電彈性體測試：施加0~10kV/mm電場，研究材料形變與電致伸縮效應，為柔性電子器件開發提供數據支持。

鐵電材料極化：通過精準控制極化電場（0~10kV），提升材料剩余極化強度，優化存儲器件性能。

HCAM系列高壓功率放大器還可擴展至材料極化、介電擊穿測試等領域，例如驅動壓電陶瓷薄膜極化、微流控芯片操控等，展現多場景適配能力。

華測儀器HCAM系列高壓功率放大器憑借其全固態設計、四象限動態驅動精準調控及模塊化擴展接口等核心技術，已從半導體制造領域延伸至量子計算、核物理研究、先進材料改性等前沿科研場景，成為多學科交叉創新的關鍵賦能工具。