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Neues 16-Term-Verfahren zur Korrektur des Übersprechens bei On-Wafer-Messungen im Sub-mm-Wellenbereich entwickelt

20.11.2013

In Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA und dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin ist ein neues Verfahren zur Korrektur des Übersprechens zwischen den Mikrowellenprüfspitzen und den Zugangsleitungen der zu messenden planaren Bauteile entwickelt worden. Das Verfahren wurde bei allen drei beteiligten Instituten erfolgreich zur Messung passiver Bauteile bis 110 GHz und am NIST zur Messung von Transistoren bis 750 GHz eingesetzt.

Konventionelle Kalibrierverfahren für vektorielle 2-Tor-Netzwerkanalysatoren verwenden üblicherweise 12-Term-Fehlermodelle, welche das Übersprechen zwischen den Toren mit einem einzigen Isolationsterm beschreiben. Diese Modellannahme funktioniert bei Messungen in koaxialen Wellenleitern und Hohlleitern im Regelfall sehr gut, da das Übersprechen zwischen den Toren gering ist und lediglich von Komponenten innerhalb des Netzwerkanalysators herrührt.

Erfahrungsgemäß führt die Anwendung des Isolationsterms desselben 12-Term-Fehlermodells bei On-Wafer-Streuparametermessungen jedoch so gut wie nie zu einer Verbesserung, sondern meist zu einer Verschlechterung der Messergebnisse. Dieses Phänomen ist auf die Komplexität des Übersprechverhaltens bei On-Wafer-Messungen zurückzuführen, die mit einem einzigen Isolationsterm nicht adäquat beschrieben werden kann.

Das neu entwickelte Korrekturverfahren, das erstmalig die Korrektur des Übersprechens zwischen den Prüfspitzen und den Zugangsleitungen des Messobjekts gestattet, besteht aus zwei Schritten. In einem ersten Schritt werden zunächst die grundlegenden Fehlerterme mit Hilfe des TRL-Kalibrierverfahrens bestimmt. In einem zweiten Schritt erfolgt anschließend die Bestimmung der Korrekturterme für das Übersprechen, wobei ein 16-Term-Fehlermodell zugrundegelegt wird, dessen Referenzebenen direkt am planaren Messobjekt liegen. Zur Bestimmung der Übersprech-Korrekturterme werden Messungen an sechs Kombinationen konzentrierter Bauelemente verwendet, deren Impedanz nicht genau bekannt sein muss.

Zusätzlich zu dem 16-Term-Korrekturverfahren wurden Design-Regeln für die Gestaltung der koplanaren Zugangsleitungen und Abstände zwischen den planaren Messtoren erarbeitet, deren Einhaltung eine bestmögliche Korrektur bei höheren Frequenzen sicherstellt. Einige der erarbeiteten Regeln stehen im deutlichen Widerspruch zu bisherigen Annahmen. So wird zum Beispiel nachgewiesen, dass lange koplanare Anschlussleitungen zum Messobjekt vermieden werden sollten.

 

 

 

 

Ansprechpartner: U. Arz
Fachbereich 2.2:  Hochfrequenz und Felder