蔡先武，钟新华

(湖南红太阳光电科技有限公司，湖南长沙410205)

高温高能特种离子注入机具备高能量范围、基片高温等特点，应用广泛，主要用于碳化硅器件制造中实现掺杂工艺、材料改性和核技术研究等领域。

高温高能特种离子注入机光路采用分析后再加速，扫描后进行束角度校准的方案，垂直方向采用一维机械扫描。靶台有红外加热功能。因此，高温高能特种离子注入机靶室控制系统主要功能有离子束流和剂量精确测量、离子束一维电扫描控制、靶台一维机械扫描运动控制、注入剂量及均匀性和注入能量控制和靶台温度精确控制等，是高温高能特种离子注入机的核心部件。其主要的技术指标有束流与剂量的测量精度、注入剂量的精确性及分布的均匀性、基片温度及温度分布的精确性等。

1 靶室控制系统设计

根据高温高能特种离子注入机靶室的功能需求设计的靶室控制系统主要由嵌入式实时控制器、剂量控制器、温度控制器、扫描电机、法拉第电机、旋转电机和扫描电源等组成，如图1所示。

图1 靶室控制系统构成

对主控制器的FPGA模块实现的主要功能进行详细的介绍。FPGA模块主要实现了一个通用SPI接口及3个中断信号的采集，如图2所示。其中SPI接口提供4路片选信号cs0～cs3，时钟频率能设置为以下几种档位：100 kHz、200 kHz、500 kHz、1 000 kHz和2 000 kHz，SPI接口有4种工作模式，可通过2 bit控制位来选择。3个中断信号中，IRQ1为剂量控制器向实时控制器申请SPI通信中断，此中断信号为一个约为1.5 μs宽的低电平信号；……