納秒脈沖高壓電源的智能調(diào)控方法

納秒脈沖高壓電源主要用于先進(jìn)刻蝕、離子注入調(diào)制與EUV光源預(yù)脈沖等領(lǐng)域，脈寬常在50-800ns，上升沿要求小于15ns，幅度抖動(dòng)小于0.3%，平頂穩(wěn)定性優(yōu)于0.5%。傳統(tǒng)模擬堆疊式或Marx發(fā)生器雖能實(shí)現(xiàn)快沿，但幅度、脈寬、重復(fù)頻率的精確調(diào)控極其困難，智能調(diào)控方法的全面引入正在將納秒脈沖從“能發(fā)”推進(jìn)到“發(fā)得準(zhǔn)、發(fā)得巧”。

最核心的智能調(diào)控技術(shù)是基于SiC MOSFET的全固態(tài)堆疊+漂移步恢復(fù)二極管（DSRD）混合架構(gòu)，每級(jí)堆疊單元內(nèi)置獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與能量回收回路。脈沖幅度通過精確控制充電電壓實(shí)現(xiàn)，充電電源采用18位DAC+數(shù)字預(yù)失真補(bǔ)償，電壓步進(jìn)精度達(dá)到滿量程的0.006%，使±1200V脈沖幅度抖動(dòng)壓制到±1.8V以內(nèi)。

脈寬智能調(diào)控采用雙環(huán)路嵌套結(jié)構(gòu)。外環(huán)負(fù)責(zé)粗調(diào)脈寬（步進(jìn)10ns），內(nèi)環(huán)通過檢測(cè)DSRD反向恢復(fù)電流截止時(shí)刻進(jìn)行皮秒級(jí)微調(diào)，最終脈寬重復(fù)性優(yōu)于±1.2ns。系統(tǒng)還支持任意波形加載，可在單脈沖內(nèi)插入多個(gè)臺(tái)階或斜坡，完美適配不同深寬比溝槽的離子能量調(diào)制需求。

重復(fù)頻率智能跟蹤是另一關(guān)鍵能力。傳統(tǒng)固定死區(qū)設(shè)計(jì)在高頻時(shí)容易因殘余載流子導(dǎo)致短路。新方案實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每級(jí)MOSFET結(jié)溫與DSRD恢復(fù)時(shí)間，根據(jù)實(shí)際老化狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整死區(qū)（8-45ns可調(diào)），使重復(fù)頻率從100kHz無縫提升到1.2MHz而不犧牲可靠性。

平頂壓控智能補(bǔ)償有效抑制了傳統(tǒng)漂移管方案在長(zhǎng)脈沖時(shí)的電壓塌陷。脈沖輸出端集成高速有源鉗位電路，根據(jù)平頂期間實(shí)時(shí)采樣的電壓跌落幅度，動(dòng)態(tài)注入補(bǔ)償電荷，使600ns脈寬下平頂?shù)鋸?.8%收窄到0.36%。

智能保護(hù)與軟恢復(fù)避免了異常情況下的器件損傷。當(dāng)檢測(cè)到反射過大或短路時(shí)，系統(tǒng)在12ns內(nèi)先將后續(xù)級(jí)驅(qū)動(dòng)封鎖，再以可控速率泄放儲(chǔ)能，整個(gè)過程反射尖峰小于80V，徹底杜絕了傳統(tǒng)硬關(guān)斷導(dǎo)致的雪崩擊穿。

通過固態(tài)堆疊+DSRD混合、智能雙環(huán)脈寬控制、動(dòng)態(tài)死區(qū)調(diào)整、平頂有源補(bǔ)償與12ns軟保護(hù)等一系列智能調(diào)控手段，納秒脈沖高壓電源實(shí)現(xiàn)了幅度、脈寬、頻率、波形的全面可編程與自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使先進(jìn)等離子體工藝第一次擁有了真正意義上的“脈沖自由度”。