Breitband-Halbleitercharakterisierung im Sub-Terahertz-Bereich

Da sich die Halbleitertechnologie zunehmend in Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Frequenzbereiche verlagert, stehen Ingenieure und Entwicklungsabteilungen vor signifikanten messtechnischen Herausforderungen. Um aktive Bauelemente wie Indiumphosphid-Hochelektronenbeweglichkeits-Transistoren präzise zu modellieren, müssen physikalische Eigenschaften über extrem breite Frequenzbänder hinweg nahtlos erfasst werden. Traditionelle Testverfahren erfordern hierbei multiple Testaufbauten und zeitaufwendige Neukalibrierungen bei verschiedenen Frequenzabschnitten, was die Komplexität erhöht und zu Inkonsistenzen in den S-Parameter-Daten führen kann.

Um diese industriellen Hürden zu überwinden, haben Keysight Technologies, die Universität Glasgow, das National Physical Laboratory und die MPI Corporation einen neuartigen Messansatz zur kontinuierlichen On-Wafer-Charakterisierung entwickelt. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht erstmals die Erfassung von Bauelementdaten von nahezu Gleichstrom bis 250 GHz in einem einzigen Durchlauf an einem einzigen Tastkopf-Auflagepunkt.

Integrierte Systemarchitektur für den Frequenzbereich bis 250 GHz
Der neu entwickelte Messaufbau führt Instrumentierung, On-Wafer-Probing und messtechnisches Fachwissen in einer geschlossenen Systemkette zusammen. Im Kern basiert die Lösung auf dem PNA-X Vektor-Netzwerkanalysator von Keysight in Kombination mit einem spezialisierten 250-GHz-Single-Sweep-Frequenz-Extender sowie einer Präzisions-Source-Measure-Unit zur genauen Gleichstromversorgung.

Ergänzt wird die Messhardware durch InP-HEMT-Bauelemente und präzise On-Wafer-Kalibrierstandards der Universität Glasgow sowie durch die Breitband-On-Wafer-Tastkopf-Technologie und Kalibriersoftware der MPI Corporation. Das National Physical Laboratory steuerte fundierte Methoden zur Hochfrequenzmesstechnik und metrologischen Kalibrierung bei. Durch die integrierte Quellenfilterung und die breitbandige Kalibrierung der Quellenleistung an der Tastkopfspitze wird eine hohe Signalreinheit des angelegten Millimeterwellen-Signals gewährleistet.

Technische Leistungsmerkmale und industrielle Anwendung
Die kontinuierliche Datenerfassung mit nur einem einzigen Tastkopf-Auflagepunkt eliminiert mechanische und elektrische Fehlerquellen, die durch wiederholtes Umgreifen oder Systemwechsel entstehen. Dies führt zu einer höheren Messkonsistenz und reproduzierbaren S-Parameter-Ergebnissen über das gesamte Frequenzband von nahezu Gleichstrom bis 250 GHz.

Typische Anwendungsgebiete liegen in der Forschung und industriellen Entwicklung von fortschrittlichen Halbleitern für die nächste Generation von Kommunikationsinfrastrukturen, künstlicher Intelligenz, Radarsystemen sowie der Hochfrequenzelektronik. Durch den Wegfall zahlreicher Setup-Änderungen verkürzt sich die Entwicklungszeit für neuartige Transistorstrukturen erheblich.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

Der Bedarf an durchgängigen Charakterisierungsmethoden im Sub-Terahertz-Bereich resultiert aus den steigenden Anforderungen an Datenraten und Bandbreiten in modernen Kommunikationsstandards wie zukünftigen 6G-Netzwerken. Konventionelle, in Bänder unterteilte Messsysteme leiden oft an Übergabestellen und erhöhten Einfügungsverlusten zwischen unterschiedlichen Frequenzmodulen. Durch den Einsatz direkt montierter Frequenz-Extender mit robusten Präzisionsanschlüssen minimiert der neue Ansatz die Leitungslängen und maximiert die Systemdynamik. Während herkömmliche Messmethoden auf komplexe stückweise Kalibrierungen angewiesen sind, setzt der hier demonstrierte Single-Sweep-Ansatz neue Maßstäbe hinsichtlich messtechnischer Effizienz in der Halbleiterindustrie.

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

www.keysight.com