华测仪器HCAM10kV、25kV系列高压功率放大器用于离子注入机系统

华测仪器HCAM10kV、25kV系列高压功率放大器用于离子注入机系统

华测仪器10kV、25kV高压功率放大器在离子注入机系统中的技术解析与工程实践——国产仪器在半导体制造中的创新突破。

在半导体制造领域，离子注入机被誉为“芯片制造的精密手术刀”，其核心功能是通过高能离子束对晶圆进行原子级掺杂，从而精确调控材料的电学特性。作为离子注入系统的“心脏”，高压功率放大器直接决定了离子能量的稳定性、注入深度控制精度及系统长期可靠性。北京华测试验仪器有限公司（以下简称“华测仪器”）自主研发的HCAM系列高压功率放大器（含10kV、25kV等型号），通过全固态电路设计、四象限动态驱动及超低噪声控制等创新技术，实现了从电压输出稳定性（直流精度优于1%）到动态响应能力（转换速率突破900V/μs）的全面突破，不仅为5nm以下先进制程提供了国产化解决方案，以高精度、高可靠性及灵活定制能力，成为推动国产离子注入设备性能跃迁的关键驱动力。

华测仪器高压功率放大器设备图

一、核心技术：全链路精密控制

华测仪器HCAM系列高压功率放大器采用全固态电路设计，摒弃传统真空管结构，实现免维护运行，显著降低停机风险。其核心技术优势包括：

1. 宽域动态响应

10kV：支持0~±10kV直流/交流峰值输出，电流达±40mA，小信号带宽高达25kHz，压摆率>900V/μs，可快速响应高频脉冲信号（如离子注入的1-100μs脉宽需求。

25kV：0~±25kV（直流或交流峰值），覆盖离子注入机加速电极的高压需求。电流驱动能力：0~20mA（直流）或±20mA（峰值，1ms），支持高能离子束的稳定加速。

2. 四象限智能驱动

采用四象限有源输出技术，可同时吸收或供给电流，适配容性负载（如静电偏转板）和阻性负载（如等离子体源），避免传统放大器因负载突变导致的性能波动，提升离子束路径控制的均匀性。

3. 闭环控制与低噪声特性

通过高精度闭环系统，直流电压增益精度优于1%，输出噪声<1.5Vrms，温度漂移<100ppm/°C，满足离子剂量控制（10¹⁰ ions/cm²量级）的超高精度需求。

二、应用场景：从实验室到量产的全覆盖

在离子注入机系统中，华测仪器高压放大器通过多级协同，赋能关键工艺环节：

1．主加速级能量供给

25kV放大器驱动多级加速电场，赋予离子束数十至数百keV能量，确保先进制程的注入深度与浓度一致性。

   2．束流控制与扫描系统

静电偏转：10kV提供精准电压，驱动偏转板实现晶圆表面混合扫描（机械+电子），减少边缘效应导致的掺杂不均。

聚焦透镜供电：低纹波输出优化束流聚焦，散射损失降低30%，提升晶圆利用率。

   3．等离子体源与电荷中和
   为离子源电离（如BF₃、PH₃气体）提供高压，并通过电子枪消除晶圆表面电荷，防止器件击穿损伤。

   4．材料改性研究

介电弹性体测试：施加0~10kV/mm电场，研究材料形变与电致伸缩效应，为柔性电子器件开发提供数据支持。

铁电材料极化：通过精准控制极化电场（0~10kV），提升材料剩余极化强度，优化存储器件性能。

HCAM系列高压功率放大器还可扩展至材料极化、介电击穿测试等领域，例如驱动压电陶瓷薄膜极化、微流控芯片操控等，展现多场景适配能力。

华测仪器HCAM系列高压功率放大器凭借其全固态设计、四象限动态驱动精准调控及模块化扩展接口等核心技术，已从半导体制造领域延伸至量子计算、核物理研究、先进材料改性等前沿科研场景，成为多学科交叉创新的关键赋能工具。