半导体设备中的Power Supply主要有以下几种：
直流电源
• 原理：主要由变压器、整流器、滤波器和控制器组成。变压器将交流电压降低或提高到所需水平，整流器把交流电转换为脉动直流电，滤波器消除脉动使电压更稳定，稳压器精确调节电压，确保输出稳定的直流电源.
• 功能：为半导体设备中的电子元件提供稳定的直流电源，保证其正常运行，减少电压不稳定对电子元件造成的损坏。如在半导体材料的生长、集成电路的制造过程中，为相关设备和测试提供稳定可靠的直流电力.
为设备供电
• 半导体设备中有大量的电子元件，如晶体管、集成电路等，这些元件通常需要稳定的直流电源才能正常工作。直流电源能够将市电（交流电）转换为设备所需的直流电，为设备的各个部分提供动力，确保半导体设备正常运行。例如，在芯片制造的光刻设备中，其光学系统、控制系统等多个子系统都依赖直流电源供电。
提供稳定的电压和电流
• 半导体制造过程对电压和电流的稳定性要求极高。直流电源可以有效减少电压和电流的波动，输出稳定的直流电压和电流。这是因为它内部设有稳压和稳流电路，能够对输出进行精确控制。以离子注入机为例，在离子注入过程中，需要精确控制离子束的能量，这就要求电源提供稳定的高电压，以确保注入离子的能量精准，从而保证芯片的电学性能和质量。
适配不同的电压需求
• 半导体设备的不同部件可能需要不同的电压等级。直流电源能够通过调节电路输出多种不同的直流电压，以满足各种设备组件的要求。例如，在半导体测试设备中，有些芯片测试需要3.3V的电压，而另一些可能需要5V或者12V的电压，直流电源可以灵活地提供这些不同等级的电压。
保护设备免受电源波动损害
• 市电可能会出现电压尖峰、浪涌或者电压跌落等情况。直流电源能够对这些不稳定因素进行过滤和调节，防止过高或过低的电压对半导体设备中的敏感电子元件造成损坏。例如，当市电出现瞬间的高电压尖峰时，直流电源内部的保护电路可以将其抑制，只输出稳定的安全电压给设备。
交流电源
• 原理：商用交流电源主要由同步发电机提供，利用电磁感应原理，即当磁铁靠近或远离缠绕的铜线时会产生电压，同步发电机通过绕组高速旋转产生电压和强大的内部磁场来提供电力.
• 功能：为半导体设备中的一些交流设备或部件提供动力，如电机、泵等。在半导体厂的空调系统、冷却循环系统中，交流电源驱动相应设备运行，保障生产环境的稳定.
1. 为设备提供动力支持
• 半导体设备中有许多部件是基于交流电源设计的，如电机、泵等。交流电源可以为这些设备提供动力，使其正常运转。例如，在半导体制造的冷却系统中，冷却水泵需要交流电源来驱动，以保证冷却液的循环，从而有效带走设备产生的热量，维持设备正常的工作温度。
2. 适配特定设备的工作频率要求
• 不同的半导体设备或其内部组件可能对交流电源的频率有特定要求。常见的市电频率为50Hz或60Hz，但在一些特殊的半导体工艺设备中，可能需要更高或更低频率的交流电源。例如，在某些半导体材料的高频加热设备中，需要高频交流电源来产生足够的热量，以满足特定的材料处理工艺，如利用高频交流电源产生的电磁场使半导体材料内部的分子剧烈运动，从而实现快速加热。
3. 满足设备的功率需求
• 半导体设备的功率需求差异很大，交流电源能够根据设备的需求提供相应的功率。一些大型的半导体制造设备，如光刻机、刻蚀机等，可能需要较高的功率来驱动各种复杂的机械和电子系统。交流电源可以通过合适的电压和电流组合来满足这些设备的高功率需求，保证设备的正常运行和高效生产。
4. 便于能量传输和分配
• 相比直流电源，交流电源在长距离传输和大规模分配方面具有一定优势。在半导体工厂的电力系统中，交流电源可以通过变压器方便地进行电压变换，以适应不同设备的电压要求，同时减少传输过程中的能量损失。例如，在工厂的总配电室，高压交流电源通过变压器降压后分配给各个车间的半导体设备，满足设备对不同电压等级的需求。
脉冲电源
• 原理：利用半导体器件使高频交流电能经过整流、滤波、调压等变换得到所需的直流电压与电流。交流电源发生器产生的交流电先通过变压器调频后送入整流桥整流，再经滤波电容过滤交流信号，之后还可能通过稳压电路、保护电路、反馈电路等实现稳定可靠的输出.
• 功能：能在短时间内产生高电压、大电流，可将低电压、低电流的电能转换成高电压、高电流的电能，为半导体制造中的一些特殊工艺提供所需的脉冲电能，如在等离子体增强化学气相沉积、脉冲激光沉积等工艺中，帮助产生等离子体或激发化学反应.
半导体设备中脉冲电源具有以下功能：
材料改性
通过施加高压脉冲电流，可实现半导体材料晶体结构的细化和均匀化，减少内部缺陷，从而提高材料的强度和韧性等性能。还能改变半导体的能带结构和载流子浓度分布，进而改善其电学性能，如提升载流子迁移率、降低电阻率，为半导体器件性能优化提供新途径.
离子注入
脉冲电源可产生高电压脉冲，为离子注入机提供所需的能量，使离子获得足够的动能注入到半导体材料中，从而改变材料的电学性质，实现对半导体器件的掺杂和性能调控，精确控制离子注入的剂量和深度，满足不同工艺要求 。
晶圆退火
如四川迈斯威尔电气申请的用于晶圆退火工艺的PWM脉冲电源专利，通过一致性联合校正等措施，精确控制退火过程，确保退火的稳定性和可靠性，提高晶圆退火质量和生产效率.
电镀
在半导体电镀过程中，脉冲电源输出的脉冲电流能够改善镀层质量，使镀层更加均匀、致密，提高沉积效率，还可节约贵金属等原材料，降低生产成本.
测试与表征
可为半导体器件的测试与表征提供脉冲信号，如在测量半导体材料的电学性能时，作为激励源施加脉冲电压或电流，观察材料的响应，获取准确的电学参数，帮助研究人员更好地了解材料特性和评估器件性能.
激光驱动
作为半导体激光电源，能够提供稳定且受控的电流以激发激光器产生激光，具备稳定性、精确性、可控性等特点，确保激光器的正常工作和最佳性能发挥.
不间断电源（UPS）
• 原理：市电正常时，UPS将市电进行稳压处理后供应给负载，并对内部蓄电池组充电；市电中断时，UPS通过逆变器将蓄电池组的电能转化为交流电，继续向负载供电，实现电源不间断供应。主要由整流器、蓄电池组、逆变器和静态转换开关等部分组成.
• 功能：在市电停电时为半导体设备提供临时电力支持，防止数据丢失和设备损坏，常用于半导体制造的关键设备，如光刻机、刻蚀机等，以及对电力供应连续性要求高的生产环节.
UPS在停电状态下维持时间因多种因素而异。
电池容量
• 这是关键因素之一。通常以安时（Ah）来衡量，电池容量越大，维持时间越长。例如，小型UPS电池容量可能在1 - 7Ah之间，中型UPS电池容量在7 - 100Ah左右，大型UPS电池容量可超100Ah。对于小型UPS，如果负载为100W左右，1Ah的电池容量大约能维持几分钟到十几分钟，而7Ah的电池可能维持30 - 60分钟。
负载大小
• 负载功率与UPS维持时间成反比。如果UPS的额定功率是1000VA（视在功率），负载功率为500W，其维持时间会比负载功率为800W时长得多。例如，一个特定UPS在负载为其额定功率30%的情况下，停电后可能维持1 - 2小时；但当负载达到额定功率80%时，可能只能维持30 - 60分钟。
电池数量与连接方式
• 有些UPS系统可以通过增加电池组来延长维持时间。电池的连接方式（串联或并联）也会影响。串联可以增加电压，并联可以增加容量。比如，通过并联更多相同的电池来增大容量，从而延长UPS在停电时的供电时间。
电池状态与环境
• 新电池的性能比老化电池好。随着电池使用时间增加、充放电次数增多，其维持时间会缩短。而且环境温度对电池性能有影响，在低温环境下，电池化学反应变慢，输出功率降低，维持时间也会减少；在适宜温度（通常20 - 25℃）下，电池能更好地发挥性能，维持时间更接近设计值。
UPS 关键性作用
• 停电保护：在半导体制造过程中，许多设备如光刻机、刻蚀机等都是高精度、高价值的设备。市电突然中断可能会导致设备正在进行的精密操作中断，造成芯片损坏、数据丢失等严重后果。UPS可以在市电停电的瞬间切换到电池供电模式，为设备提供不间断的电力，保证设备能正常关闭或继续运行一段时间，直到备用发电机启动或市电恢复。
• 电压调节和滤波：市电电压可能会出现波动，如尖峰、浪涌、电压跌落等情况。UPS能够对输入的电压进行调节，将不稳定的市电转换为稳定的电压输出给半导体设备。同时，它还可以过滤掉市电中的噪声和干扰信号，提供纯净的正弦波交流电，保护半导体设备中的敏感电子元件免受电压不稳和电磁干扰的损害。
• 提高设备可靠性和稳定性：半导体设备的生产环境对电力质量要求极高。UPS作为一种可靠的电力保障设备，能够增强整个半导体生产系统的可靠性。它可以确保关键设备的电力供应连续性，减少因电力问题导致的设备故障和生产中断，从而提高生产效率和产品质量。
2. 原理
• 市电正常时的工作原理：当市电正常时，UPS首先对市电进行整流，将交流电转换为直流电。这个过程通过整流器来完成，整流器一般采用二极管或可控硅等电子元件。然后，直流电一部分用于给电池充电，以维持电池处于满电状态；另一部分直流电通过逆变器转换回交流电，逆变器使用功率半导体器件（如IGBT - 绝缘栅双极型晶体管）来实现。经过逆变器输出的交流电会经过滤波和稳压处理，使其输出稳定的、符合设备要求的交流电，供应给半导体设备。
• 市电中断时的工作原理：一旦市电中断，UPS会立即检测到这种变化。此时，电池开始放电，电池输出的直流电通过逆变器转换为交流电，这个过程几乎是无缝切换的，从而保证对半导体设备的电力供应不会中断。在电池供电期间，UPS会持续监测电池的电量和输出电压等参数，当市电恢复时，UPS又会切换回市电供电模式，同时对电池进行充电。
Plasma Power Supply（等离子体电源）
• Plasma Power Supply（等离子体电源）是一种用于产生等离子体的专用电源。在半导体设备中，它主要是将输入的电能（通常是交流电或直流电）转换为高频、高电压的电能，从而激发气体形成等离子体。其核心原理是通过高频电场对气体分子进行电离。例如，在常见的电容耦合等离子体（CCP）设备中，电源输出的高频电压施加在两个电极之间，使电极间的气体分子被电离，电子获得足够的能量脱离原子，形成等离子体。
功能作用
• 刻蚀功能
• 在半导体制造的刻蚀工艺中，Plasma Power Supply起着关键作用。它产生的等离子体包含大量的活性离子、电子和自由基。这些活性物质与半导体材料表面发生化学反应，能够精确地去除材料上不需要的部分，以形成芯片上的微观结构，如电路图案、晶体管的沟道等。例如，在硅基半导体的刻蚀中，等离子体中的氟自由基可以和硅反应，生成易挥发的四氟化硅气体被抽离，从而实现对硅材料的刻蚀。
射频电源
原理
射频电源主要由直流供电电源模块、震荡电路模块、功率放大模块、射频功率检测模块、射频互锁控制模块等构成.其工作原理是先通过直流供电电源模块将市电转变为直流电，为内部控制线路板供电；震荡电路模块产生固定频率的正弦波信号，再经功率放大模块把高频信号放大到所需输出功率；之后，射频能量被馈入到真空室的两个基板之间，产生变电场，使气体在电场中电离，形成等离子体. 同时，射频功率检测模块会检测入射功率和反射功率，并将信号提供给主控制板，实现自动PID控制，而射频互锁控制模块则提供安全互锁功能.
功能作用
射频电源在半导体设备中有以下重要作用：
1. 等离子体激发
• 在半导体制造的等离子体刻蚀和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等工艺中，射频电源是激发等离子体的关键。它可以产生高频电场，使反应腔内的气体（如氩气、氧气、四氟化碳等）电离，形成包含离子、电子和活性自由基的等离子体。
• 例如，在等离子体刻蚀设备中，射频电源输出的高频能量使气体分子分解，产生的等离子体能够与半导体材料表面的原子发生化学反应，从而实现对材料的精确刻蚀，塑造出芯片上微小的电路图案。
2. 控制工艺参数
• 射频电源能够精确控制输出功率、频率等参数。不同的半导体工艺需要特定的等离子体密度和能量，通过调节射频电源的功率和频率，可以控制等离子体的密度、离子能量和活性自由基的浓度。
• 比如，在PECVD工艺中，合适的射频功率可以确保沉积薄膜的质量和均匀性，使薄膜的厚度、成分和电学性能等符合半导体器件制造的要求。
3. 材料处理
• 用于半导体材料的表面处理。射频电源产生的等离子体可以对材料表面进行清洗、改性和活化。等离子体中的离子轰击材料表面，可以去除表面的污染物和氧化层。
• 同时，还能改变材料表面的化学组成和物理结构，增强材料与后续沉积薄膜之间的附着力，有助于提高半导体器件的性能和可靠性。
4. 实现低温工艺
• 在一些薄膜沉积工艺中，射频电源可以使反应在较低温度下进行。通过激发等离子体，降低了化学反应的活化能，使得原本需要高温才能进行的沉积反应（如某些化合物薄膜的沉积）能够在相对较低的温度下完成。
• 这对于在温度敏感的半导体材料或已有器件结构上进行薄膜沉积非常重要，可以避免高温对材料和器件造成的损伤。
• 刻蚀功能：在刻蚀工艺中，射频电源产生的等离子体中的活性离子在电场作用下加速轰击半导体材料表面，去除不需要的材料，形成精确的微观结构和图案，如晶体管、集成电路等。高频的射频电源作为Source源能产生高密度等离子体，增加粒子碰撞次数；低频的射频电源作为Bias源则可给予离子更高速度和动能，增强离子轰击能力.
• 薄膜沉积功能：在薄膜沉积工艺中，以PECVD为例，射频电源使反应气体形成等离子体，降低化学反应活化能，让原本需高温的沉积反应可在较低温度下进行，从而在半导体衬底上沉积高质量薄膜，如二氧化硅、氮化硅等薄膜.
• 离子注入功能：离子注入工艺中，射频电源可产生等离子体，对离子进行加速和聚焦，使其获得足够能量后注入半导体材料内部，改变材料的电学性质，从而实现对半导体器件的掺杂和性能调控，以制造出符合特定要求的半导体器件.
• 清洗功能：利用射频电源产生的等离子体中的活性物质，与半导体表面的污染物发生化学反应，将其转化为易挥发的物质而被去除，实现对半导体材料和器件表面的清洗，保证工艺的可靠性和产品质量.
• 薄膜沉积功能
• 对于薄膜沉积工艺，如等离子体增强化学气相沉积（PECVD），Plasma Power Supply也非常重要。它激发反应气体形成等离子体，这些等离子体可以降低化学反应的活化能，使得原本需要在高温下才能进行的沉积反应可以在较低温度下进行。例如，在沉积二氧化硅薄膜时，通过电源激发含有硅源和氧源的气体形成等离子体，促进硅 - 氧键的形成，从而在半导体衬底上沉积高质量的二氧化硅薄膜。
• 表面处理功能
• 可以对半导体材料表面进行改性处理。等离子体中的离子轰击材料表面，可以清洁表面的污染物，同时改变表面的化学性质和微观结构，增强材料表面与后续沉积薄膜之间的附着力，提高半导体器件的性能和可靠性。
以下是一些半导体设备中常用的Power Supply制造厂商：
射频电源和Plasma Power Supply（等离子体电源）不是完全相同的概念，但它们密切相关且在功能上有重叠部分。
区别
• 频率范围和应用侧重
• 射频电源：射频电源严格意义上是指工作频率在射频频段（通常为300kHz - 300GHz）的电源。在半导体设备中，13.56MHz是比较典型的射频频率。它主要用于需要特定射频频段能量的工艺，如电容耦合等离子体（CCP）刻蚀、射频溅射等，重点在于提供射频频段的电能来激发等离子体或者驱动一些射频相关的物理过程。
• Plasma Power Supply：这是一个更宽泛的概念，是指用于产生等离子体的电源，其工作频率范围不一定局限于射频频段。除了射频频段外，还可能包括其他频段甚至直流电源（如直流辉光放电产生等离子体），主要侧重于能够产生足够的能量使气体电离形成等离子体，用于各种等离子体工艺。
• 电路设计和工作原理细节差异
• 射频电源：射频电源的电路设计重点在于产生稳定的射频信号，其内部通常包括射频振荡器、功率放大器、匹配网络等关键部分。射频振荡器用于产生特定频率的射频信号，功率放大器将信号放大到所需功率，匹配网络则用于使电源输出与负载（如等离子体腔室）达到阻抗匹配，以实现高效的射频能量传输。
• Plasma Power Supply：其电路设计根据产生等离子体的方式和所需能量形式有所不同。对于射频方式产生等离子体的Plasma Power Supply，其内部结构和射频电源类似，但对于采用其他方式（如微波、直流）产生等离子体的电源，电路组成会有很大差异。例如，直流Plasma Power Supply主要由直流电源、限流电阻、电极等组成，通过直流高压使气体电离。
联系
• 功能重叠：在半导体制造中，两者在很多等离子体工艺中有功能重叠部分。例如，在常见的等离子体刻蚀和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺中，射频电源作为一种Plasma Power Supply，都可以通过提供能量激发气体形成等离子体，这些等离子体用于刻蚀半导体材料或沉积薄膜。
• 目的相同：无论是射频电源还是Plasma Power Supply，在半导体设备中的最终目的大多是为等离子体相关工艺提供能量，使工艺能够顺利进行，以制造出高质量的半导体产品。
国外厂商
TRUMPF Hüttinger：作为一家知名的工业设备制造商，其 plasma power supply 产品在技术和性能上表现出色，具备高效的能量转换和精确的功率控制能力，适用于各种半导体制造工艺.
Adtec Plasma Technology：专注于等离子体技术相关产品的研发和生产，其 plasma power supply 在半导体行业中应用广泛，能够满足不同工艺和设备的需求，以创新的技术和优质的产品服务于全球客户.
• APC：自1981年创立以来，便专注于UPS生产销售，是全球领先的UPS供应商之一，产品稳定性和可靠性高，在数据中心、工业自动化等领域应用广泛.
• 艾默生：全球技术领导者，在UPS电源领域研发经验丰富、创新实力强，其产品技术先进、性能卓越，具备高效能源转换率和出色的过载保护能力，能满足复杂环境下的电力需求.
• 伊顿：全球领先的动力管理公司，UPS电源产品以高品质、高性能著称，在保护设备免受电力干扰和数据丢失方面表现出色，是企业级用户的首选品牌之一.
• 台达：在不间断电源系统领域经验丰富，具备完整UPS全系列产品方案的研发、设计与制造能力，其UPS产品具有高节能、高可靠度、高效能等特点，客户群遍及各产业，包含众多半导体企业.
• 维谛技术：前身为艾默生网络能源，继承了艾默生在通信电源及UPS领域的技术和经验，其UPS产品在可靠性、效率及管理功能等方面表现优秀，为半导体设备提供稳定电力保障.
• 万机仪器：作为全球半导体射频电源市场的核心厂商之一，其产品在半导体制造领域应用广泛，技术先进，市场份额占比较大.
• Advanced Energy：在半导体电源领域经验丰富，能够为半导体制造设备提供高性能、高精度的Power Supply产品，其高压电源产品在全球处于领先地位.
• 康姆艾德：专注于射频电源等相关产品研发制造，产品在半导体蚀刻、薄膜沉积等工艺中表现出色，以稳定性和可靠性著称.
• DAIHEN Corporation：提供多种类型半导体设备用Power Supply，产品质量可靠，技术成熟，在行业内拥有良好口碑.
• 通快：在激光技术和相关电源供应领域表现优异，其半导体激光设备中的Power Supply产品具有高效、精确等特点，可满足半导体制造的高精度要求.
• XP Power：该公司的高压电源产品在半导体设备中应用广泛，具有高稳定性和可靠性，能为半导体制造提供稳定的电源支持.
• Spellman：是一家专业生产高压电源和X射线电源的公司，其产品在半导体检测、光刻等设备中发挥着重要作用，以高电压、高功率、高精度等特点受到市场认可.
• Matsusada Precision：专注于高精度电源的研发与生产，其半导体设备用电源产品具有低纹波、高稳定性等优点，能够为半导体制造提供高质量的电源保障.
国内厂商
• 四川英杰电气股份有限公司：是专业的工业电源设计及制造企业，其射频发生器、可编程直流电源等产品可应用于半导体行业，技术先进，产品性能可靠.
• 上海伊恩埃半导体科技股份有限公司：在半导体设备用电源领域有一定的技术实力和市场份额，能够为半导体制造企业提供多种类型的Power Supply产品.
• 恩智测控：专注于测控领域，其半导体设备用电源产品在测量精度、控制稳定性等方面表现出色，为半导体制造过程中的参数监测和控制提供了有力支持.
• 深圳市恒运昌真空技术有限公司：在真空镀膜等半导体相关工艺的电源供应方面有一定的优势，其产品能够满足半导体薄膜制备等工艺的电源需求.
• 华为：全球通信行业领军企业，其UPS产品具备高效的能源转换率和出色的过载保护能力，广泛应用于数据中心、企业网络等场景，也适用于半导体设备.
• 山特：1984年成立，致力于UPS电源的研发、生产和销售，产品在保护设备免受电力波动影响方面表现出色，能为半导体设备提供可靠电力保障.
• 科华：中国本土较大的高端UPS制造商和提供商之一，以研究电力电子技术为核心，其UPS产品以高品质、高性能和高可靠性而闻名，广泛应用于金融、电信等领域，也可用于半导体设备.
• 科士达：在UPS电源领域影响力广泛，产品以高品质、高性能和高安全性著称，能满足复杂环境下的电力需求，可保障半导体设备的稳定运行.
江苏东方四通科技股份有限公司：在等离子电源领域有一定的技术实力和市场份额，其产品涵盖了多种类型的 plasma power supply，广泛应用于半导体、光伏等行业，致力于为客户提供高品质的电源解决方案.
佛山诺亚电器有限公司：自主研发的等离子体电源具有脉冲频率高、电压高、脉冲直流准方波输出等特点，且有过压、过流等多种保护，安全可靠，其产品除应用于半导体领域外，还在环保等领域有广泛应用.
