Neuer THz On-Wafer-Messplatz erlaubt Messungen von Frequenzen bis 500 GHz
Wafer mit InP-DHBT-Schaltungen auf dem derzeitigen 110 GHz Messplatz
Die derzeitige Halbleiter-Technologie für elektronische Bauelemente ermöglicht Betriebsfrequenzen im Submillimeterwellen-Frequenzbereich; die Transitfrequenzen der Transistoren erreichen Werte nahe 1000 GHz. Am Ferdinand-Braun-Institut (FBH) wurde ein InP-DHBT-Prozess mit Transitfrequenzen über 400 GHz entwickelt und etabliert. Allerdings gibt es derzeit im Frequenzbereich über 110 GHz am FBH keine geeigneten Messeinrichtungen zur Charakterisierung. Diese Messtechnik beinhaltet besondere Herausforderungen, da bislang passende Kalibrierungstechniken sowie die von niedrigeren Frequenzen her bekannte mechanische Präzision und Reproduzierbarkeit des On-Wafer-Equipments fehlen. Auch Studien zu systematischen Messabweichungen und Fehlerquellen für diesen Frequenzbereich sind bisher nur ansatzweise vorhanden.
Das FBH hat nun einen großen Schritt in Richtung 500-GHz-Messungen gemacht: Ein halbautomatisches System zur On-Wafer-Charakterisierung von Rohde & Schwarz wurde beschafft. Es basiert auf einem Vektor-Netzwerkanalysator, der mit nahezu voller Frequenzabdeckung bis zu 500 GHz betrieben wird und der zudem nur minimale Eingriffe des Maschinenbedieners erfordert. Diese Maßnahme wird im Rahmen des EFRE-Projekts "Anwendungszentrum Höchstfrequenztechnologien" gefördert.
Besonderer Wert wird dabei darauf gelegt, die HF-Leistung während der Messungen gering zu halten, ohne den dynamischen Bereich des Geräts und die Messgeschwindigkeit zu beeinträchtigen. Dies ist wichtig, um eine Übersteuerung der relativ kleinen Hochfrequenz-Bauelemente während der S-Parametermessungen zu vermeiden. Gleichermaßen wurden die Fragen der Prober-Positionierungsgenauigkeit und deren Einfluss auf die Kalibrierung und Präzision bedacht. Das FBH-Messgerät verfügt über einen erhöhten Chuck, um die HF-Verluste bei hohen Frequenzen zu minimieren, sowie einen motorisierten Chuck und Manipulatoren in Verbindung mit einem optischen System zur Mustererkennung.
Das Messgerät bietet damit beste Voraussetzungen für die geplante Entwicklung entsprechender Kalibrierungsstandards- und -techniken für die On-Wafer-Charakterisierung im Frequenzbereich über 110 GHz, die derzeit weltweit Gegenstand der Forschung sind. Einer der wesentlichen Aspekte bei der Kalibrierung bei hohen Frequenzen wird die Eliminierung von höheren Moden im Kalibrierungssubstrat sein, ebenso wie die reproduzierbare Positioniergenauigkeit der HF-Prober. Um die Klärung dieser Fragestellungen wird es nun im nächsten Schritt gehen, zusammen mit Messreihen an Submillimeterwellen-Transistoren.
FBH-Forschung: 25.07.2011