关于太赫兹测试系统的介绍和说明

随着诸如无创光谱检测、安保监控、近距车载雷达和5G通信等新兴的太赫兹（THz）应用的迅速发展，准确、可靠和可重复的测量是非常关键的。尤其是对于器件的研发、集成电路和满足太赫兹应用需求的新产品模块来说至关重要。bLq安检之家

本文讨论了太赫兹频率晶圆级校准和测量的解决方案。对于测量仪器的选择、频繁的系统重新设置问题、影响校准的准确性和可重复性的操作技巧和计量分析测试数据的需求等提出了解决方案。bLq安检之家

测试集成bLq安检之家

次太赫兹频率的测量为了切换频段通常需要重复和繁琐的系统重新设置。例如，探头系统和矢量网络分析仪（VNA）需要重新设置和重新校准6次才能测量到750GHz（图1）。对待测器件（DUT）进行宽频测量已经成为极其耗时的工作。将次太赫兹VNA频率拓展组件集成到探头系统上的传统方法需要抬起夹具和显微镜，这会降低系统机械稳定性。同时，提高测试频率需要极其精准地将射频探头定位在待测器件和标准校准件的焊盘上。因此系统校准的准确性和可重复性随频率的升高呈指数型下降，待测器件的测定成为一项非常有挑战性的工作。bLq安检之家

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图1：使用MSG测量太赫兹晶体管，实现95%置信精度；测量频率达到750GHz需要重置六次系统。数据由NIST的Dylan Williams提供。bLq安检之家

如MPI公司TS150-THZ手动测试系统集成了许多功能，以便解决太赫兹频率晶圆级测量遇到的挑战。这些功能包括无缝集成任何种类、任何频点的VNA频率拓展组件，以提供最大的测量动态范围和测量可重复性（图2a）。这可通过直接在低剖面Z平面稳定夹具表面安装加脊探头台板的方法实现。这个方法可以使太赫兹射频晶圆探头直接安装在VNA频率拓展组件的波导输出口（图2b），以最大化测量动态范围。一个专用的楔形VNA拓展组件固定平台用于方便更替这些组件（图2c）。不必将固定平台从拓展组件上拆卸下来：由于其底部扁平，固定平台和VNA拓展组件可以作为一个整体处理，放在实验室架子上或在柜子里供以后使用。bLq安检之家

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图2：MPI公司TS150-THZ可测试330GHz的集成探头系统和R&S公司ZVA系列VNA (a)。直接贴合在毫米波ZVA转换器输出端口的GGB波导探头(b)。R&S ZVA-Z75的楔型接口和R&S ZVA-Z220频率变换器(c)。图片由罗德与施瓦茨公司提供。bLq安检之家

为什么选择多线TRL方法bLq安检之家

美国国家标准与技术研究院(NIST)开发的多线直通-反射-传输线（TRL）射频校准方法已经成为专注于晶圆级别射频测量的计量学和工业界实验室的标准方法。和其它校准方法相比，其关键优势是校准参考阻抗的计算，即ZREF，是通过测量沿校准标准微带线传播的行波得出的。行波是由传输线种类和设计决定的纯物理现象，和射频探头的形状与设计无关。多线TRL算法可以准确提取校准传输线的传输系数γ。因此多线TRL可以将测试参考平面精确地设置到任何一点。多线TRL校准件可以使用和待测器件相同的设计和半导体处理制造工艺。在晶圆上定制的多线TRL校准件可以免去从器件接触焊盘的寄生阻抗中剥离待测器件测试结果的麻烦。由于这些优势，多线TRL是110GHz以上唯一能得到可信校准结果的校准方法。bLq安检之家

为了覆盖较宽的频率范围，校准时需要用三根或更多根不同长度的传输线。算上直通标准件和反射标准件，多线校准工具箱包括多于五个元件。为了实现可重复性测量，使用这种校准工具箱需要重复调整测微定位器和重复地将探头放在接触焊盘上。通常在毫米波段依靠手动探头系统难以获得准确且可重复的多线TRL校准，尤其是由几个经验水平不同的用户操作。TS150-THZ系统提供了集成数字测微尺的方案，可以简化校准过程。TRL算法通常将标准直通件视为0长度传输线。每个其它的传输线的有效长度，∆l，根据标准传输件的长度进行定义（图3a）。操作者在标准直通件上最初调整好探头后，简单地将数字测微尺置零（图3b）。下一步，射频探头之间的距离被重新设置为需要的∆l值（表1），其精度误差小于1 µm。因此，此系统提升了校准的准确性和可重复性的同时降低了设置的时间，甚至可以由没有经验的操作者使用。