Sub-Terahertz-Halbleiter-Charakterisierungsmethode vereinfacht On-Wafer-Messungen

Da das Halbleiterdesign für fortschrittliche Kommunikationssysteme und Hochfrequenzelektronik in Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Frequenzen vordringt, stehen Ingenieure vor erheblichen Hürden bei der Charakterisierung aktiver Bauelemente wie Indiumphosphid-High-Electron-Mobility-Transistoren. Herkömmliche Charakterisierungsansätze erfordern oft mehrere Instrumenten-Setups, häufige Bandwechsel und wiederholte Kalibrierungen, um breite Frequenzbereiche abzudecken. Dieser fragmentierte Arbeitsablauf führt zu mechanischen Varianzen, erhöht die Komplexität des Aufbaus und erschwert eine genaue, breitbandige Bauelementemodellierung. Um diesen industriellen Testengpass zu bewältigen, haben Keysight Technologies, die University of Glasgow, das National Physical Laboratory und die MPI Corporation eine einheitliche Messmethodik entwickelt, die eine kontinuierliche On-Wafer-Charakterisierung von Nahezu-Gleichstrom (DC) bis zu 250 GHz in einem einzigen Sweep ermöglicht.

Technischer Mechanismus und Messarchitektur
Die gemeinschaftliche Entwicklung integriert spezialisierte Instrumentierung, fortgeschrittenes Bauelementedesign, Präzisionsprobing und metrologische Kalibrierung in ein einziges, geschlossenes Ökosystem. Im Zentrum des Testaufbaus steht der PNA-X Vector Network Analyzer von Keysight, gekoppelt mit einem Single-Sweep 250 GHz Frequency Extender und einer Precision Source/Measure Unit. Diese Hardware-Architektur ist mit der Breitband-On-Wafer-Probing-Technologie und der Kalibrierungssoftware der MPI Corporation sowie den Indiumphosphid-High-Electron-Mobility-Transistor-Bauelementen und kundenspezifischen Kalibrierungsstandards der University of Glasgow gepaart. Das National Physical Laboratory steuerte Hochfrequenz-Metrologie und Kalibrierungsmethoden bei, um die Messintegrität zu verifizieren.

Durch die Kombination dieser Systeme ermöglicht die Methodik kontinuierliche Messungen über das gesamte Frequenzspektrum mit einem einzigen Probe-Aufsetzen. Dies eliminiert die Notwendigkeit des manuellen Anhebens von Sonden, der Hardware-Rekonfiguration und von Mehrband-Verbindungswechseln. Darüber hinaus gewährleisten integrierte Quellenfilterung und Breitband-Quellenleistungskalibrierung eine hohe Signalreinheit direkt an der Tastkopfspitze, womit Signalverschlechterungs- und Reflexionsprobleme adressiert werden, die bei Sub-Terahertz-Frequenzen üblich sind.

Industrielle Anwendungen und betriebliche Vorteile
Eine genaue Breitbandcharakterisierung ist von entscheidender Bedeutung für Forschungs- und Entwicklungsteams, die an monolithischen Mikrowellen-Integrierten Schaltungen (MMICs), drahtlosen Kommunikationssystemen der nächsten Generation und Hochgeschwindigkeits-Radarsystemen arbeiten. Indiumphosphid-High-Electron-Mobility-Transistoren werden häufig in Hochleistungs-Rauscharm-Verstärkungsschaltungen eingesetzt, die weit in den Terahertz-Bereich hinein operieren. Durch die Rationalisierung des Charakterisierungs-Workflows reduziert die neue Methodik die Messzeit erheblich, minimiert menschliche Fehler durch wiederholte Sondenpositionierung und liefert konsistente S-Parameter-Daten, die für eine zuverlässige Modellierung aktiver Bauelemente erforderlich sind.

Thierry Locquette, Vice President of Sales für Europa, den Mittleren Osten und Afrika bei Keysight, wies darauf hin, dass die kontinuierliche Charakterisierung von Bauelementen von Nahezu-DC bis 250 GHz in einem einzigen Sweep den Messprozess für Forscher vereinfacht, die Halbleitertechnologien der nächsten Generation entwickeln. Durch die Ausrichtung von Instrumentierung, Bauelementetechnik, Probing und Metrologie schafft die Zusammenarbeit einen praktischen Rahmen für die Generierung zuverlässiger Breitbanddaten. Dr. Xiaobang Shang, Principal Scientist und On-Wafer Measurement Lead am National Physical Laboratory, betonte, dass präzise On-Wafer-Metrologie für die zuverlässige Entwicklung von Bauelementen im Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Spektrum unerlässlich bleibt. Matthew White, Director of Business Development bei MPI Corporation, fügte hinzu, dass die Ausweitung der Charakterisierung auf 250 GHz erfordert, dass die Probing-, Kalibrierungs- und Messplattformen als integriertes System arbeiten, wodurch Forscher die Entwicklung von Bauelementen mit größerem Vertrauen beschleunigen können.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und wettbewerbliche Benchmarking-Daten, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

Die breitbandige On-Wafer-Charakterisierung jenseits von 110 GHz erforderte traditionell das Schalten von Hohlleiterbändern, bei dem Ingenieure Frequenz-Extender-Module (wie WR-10-, WR-06- und WR-03-Bänder) manuell oder automatisch austauschten, um D- und H-Band-Frequenzen abzudecken. Jeder Bandwechsel erforderte historisch gesehen separate Kalibrierungsroutinen, wie zum Beispiel Line-Reflect-Line- oder Thru-Reflect-Line-Standards, was das Risiko zufälliger Kalibrierungsfehler und mechanischen Verschleiß an den Tastkopfspitzen erhöhte. Single-Sweep-Frequenzerweiterungsarchitekturen eliminieren Zwischenband-Fehlanpassungsunsicherheiten und reduzieren die thermische Drift, die mit längeren, mehrstufigen Testsitzungen verbunden ist. Indiumphosphid-High-Electron-Mobility-Transistoren bleiben eine Benchmark-Halbleitertechnologie für ultrahohe Grenzfrequenzen, die oft Galliumnitrid- und Silizium-Germanium-Pendants bei den rohen Transitfrequenz-Metriken übertreffen. Dies macht eine hochgenaue Sub-Terahertz-Netzwerkanalysator-Charakterisierung zu einer kritischen Anforderung für das Millimeterwellen-Halbleiter-Engineering.

Redigiert von Sucithra Mani, Induportals-Redakteurin – adaptiert durch KI.

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