Rückführung für die On-Wafer-Mikrowellenmesstechnik

Die Messung von Streuparametern mittels Netzwerkanalyse gehört in der modernen Hochfrequenztechnik zu den wichtigsten Methoden zur Charakterisierung von planar (also auf Wafern) gefertigten Komponenten, wie sie zum Beispiel für Anwendungen in der 5G-Kommunikationstechnik benötigt werden. In der Industrie werden dazu bevorzugt Messmethoden unter Einsatz automatisierter Wafer-Prober verwendet, die mit einer gleichbleibenden Distanz der Prüfspitzen arbeiten und die Systemfehlerkorrektur (Kalibrierung) mit handelsüblichen Kalibriersubstraten (Impedance Standard Substrate, ISS) durchführen. Bislang jedoch war die mit diesen Substraten durchgeführte Fehlerkorrektur in vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei höheren Frequenzen, zu ungenau.

Im europäischen Metrologieforschungsprojekt „PlanarCal“ hat die PTB rückführbare Kalibriermethoden für koplanare Wellenleiter (Coplanar Waveguides, CPWs) entwickelt, die auf Quarzglas-Substraten gefertigt werden. Diese Referenzkalibrierverfahren basieren auf Multiline-TRL („TRL“ steht für ZählThru- Reflect-Line), weltweit anerkannt als eines der genauesten Kalibrierverfahren für planare On-Wafer-Streuparametermessungen. Die neu entwickelten Verfahren sind insbesondere auch für die Charakterisierung von Strukturen auf kommerziellen ISS-Substraten geeignet. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen wurde der Nachweis erbracht, dass die kommerziellen Kalibrierstrukturen nach der Charakterisierung tatsächlich als Transfernormale für hochpräzise industrielle Kalibrierungen verwendet werden können.

Zu den weiteren Vorteilen der neu entwickelten Referenzkalibrierverfahren zählt, dass die Referenzebene der Kalibrierung passend zum Messobjekt verschoben werden kann und dass zusätzlich der Verschleiß der Referenzkalibriernormale minimiert wird, da diese nur für die Charakterisierung der Transferstandards benötigt werden.

Grundsätzlich ist die für CPWs auf Quarzglas verifizierte Methodik auch auf andere Substratmaterialien und Wellenleitertypen übertragbar. Da dies ja nach Anwendung jedoch sehr komplex sein kann, bietet die PTB hierfür Unterstützung im Rahmen von Forschungskooperationen an. Zudem bietet sie die Charakterisierung von auf ISS-Substraten gefertigten Transfernormalen als Kalibrierdienst konform zu DIN/EN ISO 17025 an.