GaAs衬底共面波导S参数标准样片研制
发布时间：2019-07-17 11:06
【摘要】：GaAs等固态微波裸芯片电性能测试需要采用探针将共面波导参考面过渡到同轴参考面。设计制作了用于微波探针校准的GaAs衬底的计量级标准样片,包括SOLT和TRL校准模块,以及匹配传输线、衰减及驻波等验证模块。提出了平衡电桥结构,兼具衰减驻波标准,带内平坦,且工艺适应性好。经过与国外校准片比对,验证了频率覆盖100 MHz~50 GHz,驻波比测量范围:1.1,1.5,2.5,5,10;衰减测量范围:-1 dB,-2 dB,-3 dB,-10 dB,-20dB,-30 dB,-40 dB;匹配负载反射损耗小于-30 dB。同时提取了SOLT校准模块的矢网校准用参数。
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图片说明： t(k')=K'(k)，K'(k)/K(k')有可快速计算的近似公式。针对金属厚度t，背覆金属层，多层介质等共面波导还有若干修正［3］。以上公式是标准样片设计基矗1．2国外标准样片设计国外标准样片有两种类型:一种是商用校准片，主要用于微波在片测试系统的日常校准，采用陶瓷(Al2O3)材料制作，例如Cascade的101－190;另一种是计量级标准样片，典型如美国NIST的ＲM8130，主要用于计量机构的量值传递，精度高，不但有校准模块，还有衰减、电容、电感等验证模块。一个典型商用校准片采用由SOLT重复结构构成的版图如图2所示。图2已有标准样片结构国外的商用级、计量级标准样片，片上模块功能都不够全面，不适用于我国的计量校准用途。1．3CESI8190标准样片设计由图1可见，共面波导的信号及地都是支撑在介质上的，因此介质的有效介电常数、损耗角正切等衬底材料电参数均对共面波导S参数有影响。虽然传统上有谐振腔等方法可以测量得到对应体材料的微波电参数，但体材料和外延衬底的电特性是不一样的，尤其是在大功率非线性和高温情况下。对同轴接口，国内外均采用无支撑空气传输线作为阻抗和S参数标准，优点是可以采用空气的介电常数，而不用溯源介质的介电常数。因此，德国PTB等国外计量机构提出了一种方案［4］，在Si基衬底上采用MEMS工艺设计制作了如图3所示的共面波导结构，作为S参数标准。图3Si基MEMS结构的共面波导S参数标准最终实现的MEMS悬臂梁长度达到了20mm，可作为直到110GHz的共面波导S参数标准。Si基MEMS方法虽然有效避免了溯源衬底微波电参数的困境，但却仅仅是回避，并没有真正解决这个问题。本文设计的8190型标准样片，配合CESICalkit自动校准软件，可以解决GaAs等衬底微波电参数的提龋具体算法另文
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图片说明： 号及地都是支撑在介质上的，因此介质的有效介电常数、损耗角正切等衬底材料电参数均对共面波导S参数有影响。虽然传统上有谐振腔等方法可以测量得到对应体材料的微波电参数，但体材料和外延衬底的电特性是不一样的，尤其是在大功率非线性和高温情况下。对同轴接口，国内外均采用无支撑空气传输线作为阻抗和S参数标准，优点是可以采用空气的介电常数，而不用溯源介质的介电常数。因此，，德国PTB等国外计量机构提出了一种方案［4］，在Si基衬底上采用MEMS工艺设计制作了如图3所示的共面波导结构，作为S参数标准。图3Si基MEMS结构的共面波导S参数标准最终实现的MEMS悬臂梁长度达到了20mm，可作为直到110GHz的共面波导S参数标准。Si基MEMS方法虽然有效避免了溯源衬底微波电参数的困境，但却仅仅是回避，并没有真正解决这个问题。本文设计的8190型标准样片，配合CESICalkit自动校准软件，可以解决GaAs等衬底微波电参数的提龋具体算法另文介绍。同期研制的8180型标准样片比8190型增加了级联无支撑空气线单元，利用了FET晶体管的空气桥结构，没有对工艺做特殊改动，也可以作为共面波导无支撑空气桥标准使用。第33卷第5期殷玉U啠
本文编号：2515444
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图片说明： t(k')=K'(k)，K'(k)/K(k')有可快速计算的近似公式。针对金属厚度t，背覆金属层，多层介质等共面波导还有若干修正［3］。以上公式是标准样片设计基矗1．2国外标准样片设计国外标准样片有两种类型:一种是商用校准片，主要用于微波在片测试系统的日常校准，采用陶瓷(Al2O3)材料制作，例如Cascade的101－190;另一种是计量级标准样片，典型如美国NIST的ＲM8130，主要用于计量机构的量值传递，精度高，不但有校准模块，还有衰减、电容、电感等验证模块。一个典型商用校准片采用由SOLT重复结构构成的版图如图2所示。图2已有标准样片结构国外的商用级、计量级标准样片，片上模块功能都不够全面，不适用于我国的计量校准用途。1．3CESI8190标准样片设计由图1可见，共面波导的信号及地都是支撑在介质上的，因此介质的有效介电常数、损耗角正切等衬底材料电参数均对共面波导S参数有影响。虽然传统上有谐振腔等方法可以测量得到对应体材料的微波电参数，但体材料和外延衬底的电特性是不一样的，尤其是在大功率非线性和高温情况下。对同轴接口，国内外均采用无支撑空气传输线作为阻抗和S参数标准，优点是可以采用空气的介电常数，而不用溯源介质的介电常数。因此，德国PTB等国外计量机构提出了一种方案［4］，在Si基衬底上采用MEMS工艺设计制作了如图3所示的共面波导结构，作为S参数标准。图3Si基MEMS结构的共面波导S参数标准最终实现的MEMS悬臂梁长度达到了20mm，可作为直到110GHz的共面波导S参数标准。Si基MEMS方法虽然有效避免了溯源衬底微波电参数的困境，但却仅仅是回避，并没有真正解决这个问题。本文设计的8190型标准样片，配合CESICalkit自动校准软件，可以解决GaAs等衬底微波电参数的提龋具体算法另文
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图片说明： 号及地都是支撑在介质上的，因此介质的有效介电常数、损耗角正切等衬底材料电参数均对共面波导S参数有影响。虽然传统上有谐振腔等方法可以测量得到对应体材料的微波电参数，但体材料和外延衬底的电特性是不一样的，尤其是在大功率非线性和高温情况下。对同轴接口，国内外均采用无支撑空气传输线作为阻抗和S参数标准，优点是可以采用空气的介电常数，而不用溯源介质的介电常数。因此，，德国PTB等国外计量机构提出了一种方案［4］，在Si基衬底上采用MEMS工艺设计制作了如图3所示的共面波导结构，作为S参数标准。图3Si基MEMS结构的共面波导S参数标准最终实现的MEMS悬臂梁长度达到了20mm，可作为直到110GHz的共面波导S参数标准。Si基MEMS方法虽然有效避免了溯源衬底微波电参数的困境，但却仅仅是回避，并没有真正解决这个问题。本文设计的8190型标准样片，配合CESICalkit自动校准软件，可以解决GaAs等衬底微波电参数的提龋具体算法另文介绍。同期研制的8180型标准样片比8190型增加了级联无支撑空气线单元，利用了FET晶体管的空气桥结构，没有对工艺做特殊改动，也可以作为共面波导无支撑空气桥标准使用。第33卷第5期殷玉U啠
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