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テラヘルツ以下のウェーハレベルのデバイス特性評価のための正確で連続的な測定を達成することは、デバイスモデリングアプリケーションにとって特に重要です。ここでは、最大750 GHzのウェーハレベル測定を行う際の5つの課題と、それらを克服する方法を共有します。

複雑で面倒な導波管サブTHzテストのセットアップ

ほとんどのネットワークアナライザーは最大67 GHzしかサポートできないため、低周波数から750 GHzまで同じデバイスのSパラメーターを測定するためのテストシステムの準備は非常に退屈な作業です。測定範囲を750 GHzに拡張するには、右の図に示すように、バンド周波数エクステンダーとバンド導波管プローブが必要です。これらの6セットの周波数エクステンダーとプローブを使用して同じデバイスを特性評価すると、総合的な測定結果は非常に不連続になりやすくなります。モデリングエンジニアは、特定の周波数帯域でデバイスを再セットアップおよび再測定する必要がある場合、厄介なタスクに直面します。周波数エクステンダーと導波管プローブは、プローブポジショナーに再取り付けする必要があり、プローブチップは、測定を行う前に再較正する必要があります。面倒な再測定を回避するために、個々の周波数帯域ごとにデバイスを初めてテストするとき、測定の不連続性を最小限に抑えるために、キャリブレーション後の検証方法が緊急に必要です。

周波数<67 GHzのキャリブレーション後の検証

経験の浅いデバイスモデリングまたはテストエンジニアは、VNAのキャリブレーションに使用された電気規格を使用して、キャリブレーションされたシステムを検証するという間違いを犯しています。最大67 GHzのアプリケーションでは、2段階検証をお勧めします。まず、キャリブレーション後、プローブを空中に持ち上げ、ポート1およびポート2でのOPENリターンロスを測定します。 ±0.1dB以内にすることをお勧めします。最も再現性の高いテストである空気中のプローブは、時間の経過に伴うシステムのドリフトを便利に監視するためにも使用できます。次に、1ps伝送ラインなどの検証ラインを使用して、測定基準面の精度を検証し、プローブチップの接触抵抗を監視します。そのような検証は、1日を通して収集されたすべての測定データの精度とトレーサビリティを確保するために、キャリブレーション後およびすべてのデバイス測定の完了後に実行する必要があります。

サブTHz周波数でのキャリブレーション後の検証

テラヘルツ以下の周波数では、最小の測定の不連続性と最高の精度を確保するために、キャリブレーション後の検証がさらに重要です。サブTHzウェーハレベルの測定に採用されたキャリブレーション方法に関係なく、キャリブレーション基板（プローブチップキャリブレーションが使用されている場合）またはウェーハ（マルチラインTRLが使用されている場合）に検証ラインを設計することをお勧めします。図右側は、測定の不連続性の検出に役立つプローブアライメントマーカーを備えた検証ラインの例を示しています。導波管プローブを備えたアルミナ基板上のプローブ位置合わせマーカー（a）および0.5ps検証ライン（b）。

使用するキャリブレーション方法に関係なく、モデリングエンジニアは、デバイスの特性評価の前に各周波数帯域で最適なキャリブレーション後検証を行うために、すべての周波数エクステンダーとテストセットアップを（キャリブレーション基板またはウェーハ上で）短い検証ラインで特性評価して、測定の不連続性を最小限に抑える必要があります。また、そのような検証ラインの複数の複製を作成して、それらが摩耗した場合に新しいものをすぐに利用できるようにすることをお勧めします。

プローブの接触抵抗とDCバイアス電圧

2番目から6番目の周波数帯域でRSを測定することはできないため、低周波プローブの接触抵抗の監視には課題があります。この作業では、キャリブレーションの前に、デバイスエンジニアが各周波数帯域で導波管プローブのDC接触抵抗を測定し、プローブの接触抵抗が一貫して低く、すべての周波数帯域で同一であることを確認することを提案します。導波管プローブの信号とグランドの先端は共通の金パッドに配置され、プローブの接触はケルビン検出プローブで測定されます。これは、低抵抗の受動デバイスを測定する場合に特に重要です。導波管プローブの先端は使用中に摩耗し、異常に高い接触抵抗を示し、測定の不連続性が生じる可能性があるためです。

DCバイアス電圧は、トランジスタなどのアクティブデバイスをテストするときに、組み込みのバイアスTを介して追加されます。導波管プローブ。これらのバイアスティーは、特に各周波数帯域で機能するように最適化されています。そのため、デバイスのテスト端子に同一のDC電圧が確実に印加されるようにするには、左の図のセットアップを採用してデバイスのテストパッドの電圧を測定し、DCケーブルの寄生抵抗で電圧が低下するようにすることが重要です。ティーとプローブの接触は適切に補償されます。これにより、すべての周波数帯域でデバイス端子に同一のバイアス電圧が確保され、測定の不連続がなくなります。

RFソース電力とプローブチップの電力較正

プローブチップの電力較正VNAのデバイスエンジニアによって設定されたソース電力は、サブTHz周波数エクステンダーに影響を与えないため、アクティブなデバイスには必須であり、異なる周波数帯域のデバイスに適用される不正確で一貫性のないソース電力につながります[5]-[6]。 Sパラメータは相対的な測定値であるため、ほとんどの計装およびテストエンジニアは、パッシブデバイスにはプローブチップのパワーキャリブレーションは必要ないと考えています。以下にリンクされている論文は、Sパラメータ測定用に較正されたプローブチップの電力を持っている受動デバイスであっても、時間の経過とともにシステムのドリフトを実際に減らすことができることを初めて実証しています。これは、測定の不連続を引き起こす主な原因の1つです。新しいプローブチップのSパラメータと電力較正アプローチが提案されています。単一のセットアップで電力校正と測定の不連続性の公平な研究を可能にし、周波数エクステンダー、RFプローブを変更する必要性を回避し、テストデータを結合する必要がないため、67 GHz VNAを備えたシングルスイープ10 MHz-110 GHzシステムがこの作業で使用されます2つの周波数帯域。

低周波数から750 GHzまでのウェーハレベルのサブTHz測定で精度と連続性を実現するには、すべての周波数帯域でデバイスに低いプローブ接触抵抗と正確なDCバイアスを適用することが重要です。論文で提案されているキャリブレーション後の検証手法、およびSパラメータキャリブレーションを使用したプローブチップパワーキャリブレーションの実行は重要であり、この作業ではサブTHz測定の不連続性を排除することが示されています。