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Weltweit erste Kalibrierscheine für On-Wafer-Messungen

Kategorien:
  • Metrologie für die Wirtschaft
25.09.2023

Die PTB hat als weltweit erstes nationales Metrologieinstitut Kalibrierscheine für rückführbare industrielle On-Wafer-Messungen ausgestellt. Dazu wurde ein umfassendes Unsicherheitsbudget für S-Parameter-Messungen von Bauelementen auf einem kommerziell erhältlichen Aluminiumoxid-Kalibriersubstrat berechnet, einschließlich der Messgerätefehler, der Wiederholbarkeit der Steckverbindern und der Unsicherheiten der Kalibrierstandards. Damit wurde zum ersten Mal die Rückführung auf kommerziellen Kalibriersubstraten etabliert.

 

Die Rückführbarkeit bildet die Grundlage für die Glaubwürdigkeit von Messergebnissen und der damit verbundenen Unsicherheiten. Sie wird durch die heutigen Anforderungen der globalen Wirtschaft bestimmt und in der Regel durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichen mit spezifizierten Referenzen erreicht, in der Regel durch Normale nationaler Metrologieinstitute (NMI) oder akkreditierter Laboratorien. Für S-Parameter-Messungen an koaxialen und rechteckigen Hohlleitern ist die Rückführung auf dimensionalen Messungen bereits seit einigen Jahren etabliert, wobei die Herausforderungen bei höheren Frequenzen aufgrund der schrumpfenden Steckergrößen bestehen bleiben.


Die Rückführung von On-Wafer-S-Parameter-Messungen ist jedoch mit einer Reihe von zusätzlichen Herausforderungen verbunden, da planare Bauelemente und Kalibriernormale auf einer Vielzahl von Substraten mit einer Vielzahl von Technologien hergestellt werden und anstelle von standardisierten Steckverbindern heute üblicherweise Messspitzen verschiedener Hersteller verwendet werden. Zuverlässige Unsicherheiten können nur für eine bestimmte Kombination von Substratmaterial, planarem Wellenleitertyp und Messspitzen angegeben werden, und auch nur dann, wenn Single-Mode-Ausbreitung gewährleistet ist.


Um diese Herausforderungen zu meistern und die Kalibriergenauigkeit im mm-Wellenfrequenzbereich zu verbessern, hat die Firma MPI Corporation ein Kalibriersubstrat entworfen, hergestellt und optimiert, welches die parasitären Effekte bei der Kalibrierung von Messspitzen sowie Mehrmodenausbreitung und Abstrahlungseffekte reduziert. Das Kalibriersubstrat wurde in der PTB umfassend charakterisiert. Dies beinhaltete S-Parameter-Messungen von 1 bis 118 GHz inklusive Wiederholungsmessungen, die breitbandige Extraktion der dielektrischen Materialeigenschaften, und Dimensionsmessungen bis hin zu den damit verbundenen Unsicherheitsabschätzungen. Ein umfassendes Unsicherheitsbudget für On-Wafer-S-Parameter-Messungen von Bauelementen auf diesem Kalibrierungssubstrat wurde ermittelt, einschließlich Instrumentenfehler, Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der elektrischen Verbindung sowie Unsicherheiten der Kalibrierstandards. Die erfolgreiche Anwendung des Unsicherheitsbudgets auf ein kommerzielles, kundenspezifisches Kalibriersubstrat führte weltweit zum ersten Mal zur Ausstellung von Kalibrierscheinen für ein industriell nutzbares On-Wafer-Kalibriersubstrat (siehe Bild).

 

Offizielle Übergabe der Kalibrierscheine bei der European Microwave Week 2023 in Berlin (links) und Ausstellung am Stand des Kunden (rechts). 

Bild: Offizielle Übergabe der Kalibrierscheine bei der European Microwave Week 2023 in Berlin (links) und Ausstellung am Stand des Kunden (rechts).

 

Veröffentlichung:
U. Arz, G. N. Phung und A. Rumiantsev, Opens external link in new window"Traceable Lumped-Element Calibrations up to 110 GHz on Commercial Calibration Substrates" in 2023 100th ARFTG Microwave Measurement Conference (ARFTG), Las Vegas, NV, USA, 2023, pp. 1-4.

 

 

Opens internal link in current windowFachbereich 2.2 „Hochfrequenz und Felder“

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