一种束流采集电路在离子注入机中的应用.pdf

本发明讲述的是一种束流采集电路在离子注入机中的应用。该电路包括：电压滤波单元1；恒流源单元2；12路I／V转换单元3；12路电压放大单元4。说明书对本电路进行了详细的说明，并给出具体实施方案。

权利要求书1.  一种束流采集电路在离子注入机中的应用，其特征在于：电压滤波单元1；恒流源单元2；12路I／V转换单元3；12路电压放大单元4。单元1为电路提供稳定的工作电压；单元2提供恒定的电流，利用该电流对单元3和单元4的电路进行调试；单元3从法拉第杯处采集电流，并转换成电压，单元3具有换挡功能；单元4采集单元3的电压，并将电压放大至0-10V后送至控制器模拟量输入端口，并在上位机显示界面查询相应束流值。2.  如权利要求1所述的该硬件电路，其特征在于，4个不同单元焊制在一个面积为297mm×154mm的板子上，利用90°插入式印刷电路板插座和3.96mm连接头完成信号的采集和输出。3.  如权利要求2所述的电路板，根据法拉第阵列由21个法拉第杯组成，应选择2块。

说明书一种束流采集电路在离子注入机中的应用
技术领域
本发明是束流采集电路在离子注入机中的应用。该电路从离子注入机法拉第阵列处采集电流信号，经过处理后转换为0-10V的电压，并在上位机处显示。相关人员可通过观察相关数值确定法拉第杯所接收电流的大小，以此来判断束流的相对位置和均匀性。 
背景技术
离子注入机是一种通过引导杂质注入半导体晶片，从而改变晶片的传导率的设备，其中，杂质注入的深度和密度的均匀性都直接决定了注入晶片的品质。因此，注入之前必须对束流的均匀性进行监测和调试。 
离子注入机在调试束流过程中，只能通过移动法拉第和PMAC运动控制器对束流的均匀性进行监测，但这种方法不能达到实时监测的目的，而且操作复杂，具有一定的局限性。因此，在离子注入机的调试束流过程中，为了能简单直接的观察到束流的变化情况，在结构上和控制上进行了创新，在离子注入机项目中引入了法拉第阵列和束流采集电路。这两项创新很好的解决了束流调试中实时监测的问题，并且能更好的观察束流的射出方向及均匀性。 
本文将对束流采集电路做详细的介绍。 
发明内容
本发明为束流采集电路在离子注入机中的应用，通过设计一种硬件电路，将采集的21路电流进行I／V转换和电压放大后送入控制器模拟量输入端口，供上位机数据处理并。该电路具有换挡功能，可根据不同的束流值选择不同的档位，调试中方便灵活。 
本发明通过以下技术方案实现： 
1.电压滤波单元1，由电容、电阻、浪涌保护器、瞬态抑制二极管、电源 指示灯等组成，为整个电路提供工作稳定的±15V，24V电压。 
2.恒流源单元2，由PNP三极管、电压基准器、电阻、拨码开关等电气件组成。单元2供电后，电压基准芯片Vout端口产生恒定的电压，通过拨码开关选择电阻阻值不同的通路，来产生不同的恒定电流。利用该电流，对单元3和单元4进行调试，使其输出相同的电压，以保证在束流采集过程中上位机显示的数值真实。 
3.12路I／V转换单元3，每一路电路原理相同，由继电器、运放、二极管、电阻等组成，其中继电器用来进行档位选择，放大器和电阻将电流转换成负电压。单元3完成了电流到电压的转换过程。 
4.12路电压放大单元4，每一路由电阻、电容、运放、滑动变阻器等组成。单元4将前一单元转换的负电压进行反向放大至0-10之间，并送至控制器的模拟量输入端口。 
附图说明
图1电压滤波单元原理图 
图2恒流源单元原理图 
图3I／V转换单元原理图 
图4电压放大单元原理图 
具体实施方式
本专利通过以下技术方案实现： 
1.电压滤波单元1。主要由保护性器件组成。电源输入端J13提供的±15V直流电压和GND，会经过浪涌保护器和瞬态抑制二极管，这两种元件能对输入电压的突变进行有效的抑制，为电路提供稳定的工作电压，从而保护电路中的电器元件。电路中束流输入端金属外壳、运放接地端等所有接地点均与电源输 入端的GND相连，以保证控制器和束流采集电路具有相同的参考点。另外，单元1还设计有电压指示灯和测试点，为调试工作提供方便。 
2.恒流源单元2。PNP三极管C集与基准电压器U1的2脚和6脚相连，这样U1的6脚会产生恒定的电压。U1的6脚经过阻值不同的R1、R2、R3与4路拨码开关S1相连，通过不同的电阻阻值和选择不同的通路，会在拨码开关S1的6脚、7脚、8脚处产生3种不同等级的恒定的测试电流。选择合适的测试电流后，通过4路拨码开关S2和8路拨码开关S3以及运放1脚、5脚所接的滑动变阻器来逐步完成对单元3和单元4中每一路束流采集电路的调试任务，达到每一路在相同的测试电流下输出相同电压的目的。调试完成后，所有拨码开关拨至开状态。其中S2的5-8脚接1-4路，S3的9-12脚接5-12路。 
3.12路I／V转换单元3。单元3中每一路的I／V转换都是相同的，在设计时需要考虑以下几点：1)在采集束流过程中，束流的大小是由引出电压和D1电压以及传输效率决定的；2)离子注入机PSI控制器，只能采集0-10V的电压；3)单元4运放的放大倍数设定为10。由于电流电压的转换主要是通过电阻实现的，为了满足以上条件并且正确的采集不同等级的束流，单元3中设计了束流采集换挡功能。以第一路为例进行说明：继电器K1线圈为1脚和16脚，分别接DC 24V和PSI控制器的Dout1，4脚为公共点，与6脚和8脚为常闭和常开。常闭触点与R6相连，为默认档1。常开触点与R7相连，为档2。当需要换挡时，使Dout1路导通，继电器线圈得电，常闭常开触点互换，完成档1与档2的切换。运放U2的1脚、5脚接滑动变阻器，2脚为电流的输入端，3脚接地，4脚和7脚接工作电压±15V，6脚为输出。由于运放的3脚接地，按照虚地的概念可知，采集电流I在输出端6脚处将产生U=-I*R6(或R7)的电压，而在法拉第阵列中，每一个法拉第杯接收的电流为微安级别，根据实际经 验，选择R6=50K，R7=5K，可通过换挡功能保证-0.1V≤U≤0V。 
4.12路电压放大单元4。单元4为电压反向放大电路，每一路都是相同的，主要由运放和电阻组成。以第一路放大电路为例：运放U3的1脚、5脚接滑动变阻器，2脚为电压输入端，3脚接地，4脚和7脚接工作电压±15V，6脚做为输出和控制器的模拟量输入端口相连，U3的放大倍数A=-R10／R9，将U2的6脚输出的电压放大至0-10V后，送至PSI控制器，并于上位机处显示。 
在电路板设计中，将单元1至单元4焊接在一块面积为297mm×154mm的板子上。法拉第阵列由21个法拉第杯组成，因此上述电路板需要2块，其中每块以90°插入式印刷电路板插座和插头作为12路束流采集的输入端J1-J12，以一个6针的3.96mm连接头J13为12路束流采集电路的电源及换挡输入端，以一个12针的3.96mm连接头J14为12路束流采集电路的输出端。 
以上所述已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。