【摘要】：GaAs等固態(tài)微波裸芯片電性能測(cè)試需要采用探針將共面波導(dǎo)參考面過渡到同軸參考面。設(shè)計(jì)制作了用于微波探針校準(zhǔn)的GaAs襯底的計(jì)量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣片,包括SOLT和TRL校準(zhǔn)模塊,以及匹配傳輸線、衰減及駐波等驗(yàn)證模塊。提出了平衡電橋結(jié)構(gòu),兼具衰減駐波標(biāo)準(zhǔn),帶內(nèi)平坦,且工藝適應(yīng)性好。經(jīng)過與國外校準(zhǔn)片比對(duì),驗(yàn)證了頻率覆蓋100 MHz~50 GHz,駐波比測(cè)量范圍:1.1,1.5,2.5,5,10;衰減測(cè)量范圍:-1 dB,-2 dB,-3 dB,-10 dB,-20dB,-30 dB,-40 dB;匹配負(fù)載反射損耗小于-30 dB。同時(shí)提取了SOLT校準(zhǔn)模塊的矢網(wǎng)校準(zhǔn)用參數(shù)。
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圖片說明： t(k')=K'(k)，K'(k)/K(k')有可快速計(jì)算的近似公式。針對(duì)金屬厚度t，背覆金屬層，多層介質(zhì)等共面波導(dǎo)還有若干修正［3］。以上公式是標(biāo)準(zhǔn)樣片設(shè)計(jì)基矗1．2國外標(biāo)準(zhǔn)樣片設(shè)計(jì)國外標(biāo)準(zhǔn)樣片有兩種類型:一種是商用校準(zhǔn)片，主要用于微波在片測(cè)試系統(tǒng)的日常校準(zhǔn)，采用陶瓷(Al2O3)材料制作，例如Cascade的101－190;另一種是計(jì)量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣片，典型如美國NIST的ＲM8130，主要用于計(jì)量機(jī)構(gòu)的量值傳遞，精度高，不但有校準(zhǔn)模塊，還有衰減、電容、電感等驗(yàn)證模塊。一個(gè)典型商用校準(zhǔn)片采用由SOLT重復(fù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的版圖如圖2所示。圖2已有標(biāo)準(zhǔn)樣片結(jié)構(gòu)國外的商用級(jí)、計(jì)量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣片，片上模塊功能都不夠全面，不適用于我國的計(jì)量校準(zhǔn)用途。1．3CESI8190標(biāo)準(zhǔn)樣片設(shè)計(jì)由圖1可見，共面波導(dǎo)的信號(hào)及地都是支撐在介質(zhì)上的，因此介質(zhì)的有效介電常數(shù)、損耗角正切等襯底材料電參數(shù)均對(duì)共面波導(dǎo)S參數(shù)有影響。雖然傳統(tǒng)上有諧振腔等方法可以測(cè)量得到對(duì)應(yīng)體材料的微波電參數(shù)，但體材料和外延襯底的電特性是不一樣的，尤其是在大功率非線性和高溫情況下。對(duì)同軸接口，國內(nèi)外均采用無支撐空氣傳輸線作為阻抗和S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)是可以采用空氣的介電常數(shù)，而不用溯源介質(zhì)的介電常數(shù)。因此，德國PTB等國外計(jì)量機(jī)構(gòu)提出了一種方案［4］，在Si基襯底上采用MEMS工藝設(shè)計(jì)制作了如圖3所示的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，作為S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圖3Si基MEMS結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)最終實(shí)現(xiàn)的MEMS懸臂梁長度達(dá)到了20mm，可作為直到110GHz的共面波導(dǎo)S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Si基MEMS方法雖然有效避免了溯源襯底微波電參數(shù)的困境，但卻僅僅是回避，并沒有真正解決這個(gè)問題。本文設(shè)計(jì)的8190型標(biāo)準(zhǔn)樣片，配合CESICalkit自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，可以解決GaAs等襯底微波電參數(shù)的提齲具體算法另文
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圖片說明： 號(hào)及地都是支撐在介質(zhì)上的，因此介質(zhì)的有效介電常數(shù)、損耗角正切等襯底材料電參數(shù)均對(duì)共面波導(dǎo)S參數(shù)有影響。雖然傳統(tǒng)上有諧振腔等方法可以測(cè)量得到對(duì)應(yīng)體材料的微波電參數(shù)，但體材料和外延襯底的電特性是不一樣的，尤其是在大功率非線性和高溫情況下。對(duì)同軸接口，國內(nèi)外均采用無支撐空氣傳輸線作為阻抗和S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)是可以采用空氣的介電常數(shù)，而不用溯源介質(zhì)的介電常數(shù)。因此，，德國PTB等國外計(jì)量機(jī)構(gòu)提出了一種方案［4］，在Si基襯底上采用MEMS工藝設(shè)計(jì)制作了如圖3所示的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，作為S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圖3Si基MEMS結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)最終實(shí)現(xiàn)的MEMS懸臂梁長度達(dá)到了20mm，可作為直到110GHz的共面波導(dǎo)S參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Si基MEMS方法雖然有效避免了溯源襯底微波電參數(shù)的困境，但卻僅僅是回避，并沒有真正解決這個(gè)問題。本文設(shè)計(jì)的8190型標(biāo)準(zhǔn)樣片，配合CESICalkit自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，可以解決GaAs等襯底微波電參數(shù)的提齲具體算法另文介紹。同期研制的8180型標(biāo)準(zhǔn)樣片比8190型增加了級(jí)聯(lián)無支撐空氣線單元，利用了FET晶體管的空氣橋結(jié)構(gòu)，沒有對(duì)工藝做特殊改動(dòng)，也可以作為共面波導(dǎo)無支撐空氣橋標(biāo)準(zhǔn)使用。第33卷第5期殷玉U�，�

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