进行太赫兹测量时实现计量级的精确性

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进行太赫兹测量时实现计量级的精确性

Achieving Metrology-Level Accuracy When Making THz Measurements

Andrej Rumiantsev、Toe Naing Swe，MPI Corp.，中国台湾新竹

Andreas Henkel，Rohde & Schwarz，德国慕尼黑

随着诸如无创光谱检测、安保监控、近距车载雷达和5G通信等新兴的太赫兹（THz）应用的迅速发展，准确、可靠和可重复的测量是非常关键的。尤其是对于器件的研发、集成电路和满足太赫兹应用需求的新产品模块来说至关重要。本文讨论了太赫兹频率晶圆级校准和测量的解决方案。对于测量仪器的选择、频繁的系统重新设置问题、影响校准的准确性和可重复性的操作技巧和计量分析测试数据的需求等提出了解决方案。

测试集成

次太赫兹频率的测量为了切换频段通常需要重复和繁琐的系统重新设置。例如，探头系统和矢量网络分析仪（VNA）需要重新设置和重新校准6次才能测量到750GHz（图1）。对待测器件（DUT）进行宽频测量已经成为极其耗时的工作。将次太赫兹VNA频率拓展组件集成到探头系统上的传统方法需要抬起夹具和显微镜，这会降低系统机械稳定性。同时，提高测试频率需要极其精准地将射频探头定位在待测器件和标准校准件的焊盘上。因此系统校准的准确性和可重复性随频率的升高呈指数型下降，待测器件的测定成为一项非常有挑战性的工作。

 

图1：使用MSG测量太赫兹晶体管，实现95%置信精度；测量频率达到750GHz需要重置六次系统。数据由NIST的Dylan Williams提供。

如MPI公司TS150-THZ手动测试系统集成了许多功能，以便解决太赫兹频率晶圆级测量遇到的挑战。这些功能包括无缝集成任何种类、任何频点的VNA频率拓展组件，以提供最大的测量动态范围和测量可重复性（图2a）。这可通过直接在低剖面Z平面稳定夹具表面安装加脊探头台板的方法实现。这个方法可以使太赫兹射频晶圆探头直接安装在VNA频率拓展组件的波导输出口（图2b），以最大化测量动态范围。一个专用的楔形VNA拓展组件