一種束流采集電路在離子注入機(jī)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是束流采集電路在離子注入機(jī)中的應(yīng)用。該電路從離子注入機(jī)法拉第陣列處采集電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)換為0-10V的電壓，并在上位機(jī)處顯示。相關(guān)人員可通過(guò)觀察相關(guān)數(shù)值確定法拉第杯所接收電流的大小，以此來(lái)判斷束流的相對(duì)位置和均勻性。
【背景技術(shù)】
[0002]離子注入機(jī)是一種通過(guò)引導(dǎo)雜質(zhì)注入半導(dǎo)體晶片，從而改變晶片的傳導(dǎo)率的設(shè)備，其中，雜質(zhì)注入的深度和密度的均勻性都直接決定了注入晶片的品質(zhì)。因此，注入之前必須對(duì)束流的均勻性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)試。
[0003]離子注入機(jī)在調(diào)試束流過(guò)程中，只能通過(guò)移動(dòng)法拉第和PMAC運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)束流的均勻性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但這種方法不能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，而且操作復(fù)雜，具有一定的局限性。因此，在離子注入機(jī)的調(diào)試束流過(guò)程中，為了能簡(jiǎn)單直接的觀察到束流的變化情況，在結(jié)構(gòu)上和控制上進(jìn)行了創(chuàng)新，在離子注入機(jī)項(xiàng)目中引入了法拉第陣列和束流采集電路。這兩項(xiàng)創(chuàng)新很好的解決了束流調(diào)試中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，并且能更好的觀察束流的射出方向及均勻性。
[0004]本文將對(duì)束流采集電路做詳細(xì)的介紹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為束流采集電路在離子注入機(jī)中的應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)一種硬件電路，將采集的21路電流進(jìn)行I / V轉(zhuǎn)換和電壓放大后送入控制器模擬量輸入端口，供上位機(jī)數(shù)據(jù)處理并。該電路具有換擋功能，可根據(jù)不同的束流值選擇不同的檔位，調(diào)試中方便靈活。
[0006]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]1.電壓濾波單元1，由電容、電阻、浪涌保護(hù)器、瞬態(tài)抑制二極管、電源指示燈等組成，為整個(gè)電路提供工作穩(wěn)定的±15V，24V電壓。
[0008]2.恒流源單元2，由PNP三極管、電壓基準(zhǔn)器、電阻、撥碼開(kāi)關(guān)等電氣件組成。單元2供電后，電壓基準(zhǔn)芯片Vout端口產(chǎn)生恒定的電壓，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)選擇電阻阻值不同的通路，來(lái)產(chǎn)生不同的恒定電流。利用該電流，對(duì)單元3和單元4進(jìn)行調(diào)試，使其輸出相同的電壓，以保證在束流采集過(guò)程中上位機(jī)顯示的數(shù)值真實(shí)。
[0009]3.12路I / V轉(zhuǎn)換單元3，每一路電路原理相同，由繼電器、運(yùn)放、二極管、電阻等組成，其中繼電器用來(lái)進(jìn)行檔位選擇，放大器和電阻將電流轉(zhuǎn)換成負(fù)電壓。單元3完成了電流到電壓的轉(zhuǎn)換過(guò)程。
[0010]4.12路電壓放大單元4，每一路由電阻、電容、運(yùn)放、滑動(dòng)變阻器等組成。單元4將前一單元轉(zhuǎn)換的負(fù)電壓進(jìn)行反向放大至0-10之間，并送至控制器的模擬量輸入端口。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1電壓濾波單元原理圖
[0012]圖2恒流源單元原理圖
[0013]圖31 / V轉(zhuǎn)換單元原理圖
[0014]圖4電壓放大單元原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]本專利通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0016]1.電壓濾波單元I。主要由保護(hù)性器件組成。電源輸入端J13提供的±15V直流電壓和GND，會(huì)經(jīng)過(guò)浪涌保護(hù)器和瞬態(tài)抑制二極管，這兩種元件能對(duì)輸入電壓的突變進(jìn)行有效的抑制，為電路提供穩(wěn)定的工作電壓，從而保護(hù)電路中的電器元件。電路中束流輸入端金屬外殼、運(yùn)放接地端等所有接地點(diǎn)均與電源輸入端的GND相連，以保證控制器和束流采集電路具有相同的參考點(diǎn)。另外，單元I還設(shè)計(jì)有電壓指示燈和測(cè)試點(diǎn)，為調(diào)試工作提供方便。
[0017]2.恒流源單元2。PNP三極管C集與基準(zhǔn)電壓器Ul的2腳和6腳相連，這樣Ul的6腳會(huì)產(chǎn)生恒定的電壓。Ul的6腳經(jīng)過(guò)阻值不同的Rl、R2、R3與4路撥碼開(kāi)關(guān)SI相連，通過(guò)不同的電阻阻值和選擇不同的通路，會(huì)在撥碼開(kāi)關(guān)SI的6腳、7腳、8腳處產(chǎn)生3種不同等級(jí)的恒定的測(cè)試電流。選擇合適的測(cè)試電流后，通過(guò)4路撥碼開(kāi)關(guān)S2和8路撥碼開(kāi)關(guān)S3以及運(yùn)放I腳、5腳所接的滑動(dòng)變阻器來(lái)逐步完成對(duì)單元3和單元4中每一路束流采集電路的調(diào)試任務(wù)，達(dá)到每一路在相同的測(cè)試電流下輸出相同電壓的目的。調(diào)試完成后，所有撥碼開(kāi)關(guān)撥至開(kāi)狀態(tài)。其中S2的5-8腳接1-4路，S3的9-12腳接5_12路。
[0018]3.12路I / V轉(zhuǎn)換單元3。單元3中每一路的I / V轉(zhuǎn)換都是相同的，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn):1)在采集束流過(guò)程中，束流的大小是由引出電壓和Dl電壓以及傳輸效率決定的；2)離子注入機(jī)PSI控制器，只能采集0-10V的電壓；3)單元4運(yùn)放的放大倍數(shù)設(shè)定為10。由于電流電壓的轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)電阻實(shí)現(xiàn)的，為了滿足以上條件并且正確的采集不同等級(jí)的束流，單元3中設(shè)計(jì)了束流采集換擋功能。以第一路為例進(jìn)行說(shuō)明:繼電器Kl線圈為I腳和16腳，分別接DC 24V和PSI控制器的Doutl，4腳為公共點(diǎn)，與6腳和8腳為常閉和常開(kāi)。常閉觸點(diǎn)與R6相連，為默認(rèn)檔I。常開(kāi)觸點(diǎn)與R7相連，為檔2。當(dāng)需要換擋時(shí)，使Doutl路導(dǎo)通，繼電器線圈得電，常閉常開(kāi)觸點(diǎn)互換，完成檔I與檔2的切換。運(yùn)放U2的I腳、5腳接滑動(dòng)變阻器，2腳為電流的輸入端，3腳接地，4腳和7腳接工作電壓土 15V，6腳為輸出。由于運(yùn)放的3腳接地，按照虛地的概念可知，采集電流I在輸出端6腳處將產(chǎn)生U=-1*R6(或R7)的電壓，而在法拉第陣列中，每一個(gè)法拉第杯接收的電流為微安級(jí)別，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選擇R6=50K，R7=5K，可通過(guò)換擋功能保證-0.1V ^ U ^ 0V。
[0019]4.12路電壓放大單元4。單元4為電壓反向放大電路，每一路都是相同的，主要由運(yùn)放和電阻組成。以第一路放大電路為例:運(yùn)放U3的I腳、5腳接滑動(dòng)變阻器，2腳為電壓輸入端，3腳接地，4腳和7腳接工作電壓±15V，6腳做為輸出和控制器的模擬量輸入端口相連，U3的放大倍數(shù)A=-RlO / R9，將U2的6腳輸出的電壓放大至0-10V后，送至PSI控制器，并于上位機(jī)處顯示。
[0020]在電路板設(shè)計(jì)中，將單元I至單元4焊接在一塊面積為297mmX 154mm的板子上。法拉第陣列由21個(gè)法拉第杯組成，因此上述電路板需要2塊，其中每塊以90°插入式印刷電路板插座和插頭作為12路束流采集的輸入端J1-J12，以一個(gè)6針的3.96_連接頭J13為12路束流采集電路的電源及換擋輸入端，以一個(gè)12針的3.96mm連接頭J14為12路束流采集電路的輸出端。
[0021]以上所述已對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，都構(gòu)成對(duì)本發(fā)明專利的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種束流采集電路在離子注入機(jī)中的應(yīng)用，其特征在于:電壓濾波單元I ;恒流源單元2;12路I / V轉(zhuǎn)換單元3 ; 12路電壓放大單元4。單元I為電路提供穩(wěn)定的工作電壓；單元2提供恒定的電流，利用該電流對(duì)單元3和單元4的電路進(jìn)行調(diào)試；單元3從法拉第杯處采集電流，并轉(zhuǎn)換成電壓，單元3具有換擋功能；單元4采集單元3的電壓，并將電壓放大至O-1OV后送至控制器模擬量輸入端口，并在上位機(jī)顯示界面查詢相應(yīng)束流值。
2.如權(quán)利要求1所述的該硬件電路，其特征在于，4個(gè)不同單元焊制在一個(gè)面積為297mmX 154mm的板子上,利用90°插入式印刷電路板插座和3.96mm連接頭完成信號(hào)的采集和輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的電路板，根據(jù)法拉第陣列由21個(gè)法拉第杯組成，應(yīng)選擇2塊。
【專利摘要】本發(fā)明講述的是一種束流采集電路在離子注入機(jī)中的應(yīng)用。該電路包括：電壓濾波單元1；恒流源單元2；12路I／V轉(zhuǎn)換單元3；12路電壓放大單元4。說(shuō)明書(shū)對(duì)本電路進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并給出具體實(shí)施方案。
【IPC分類】H01J37-317, H01J37-244
【公開(kāi)號(hào)】CN104576273
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310507670
【發(fā)明人】李明陽(yáng)
【申請(qǐng)人】北京中科信電子裝備有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月24日