Un metodo di caratterizzazione dei semiconduttori sub-terahertz semplifica i test on-wafer

Mentre la progettazione dei semiconduttori si spinge verso frequenze a onde millimetriche e sub-terahertz per comunicazioni avanzate ed elettronica ad alta frequenza, gli ingegneri affrontano notevoli ostacoli nella caratterizzazione di dispositivi attivi come i transistor ad alta mobilità elettronica in fosfuro di indio. I tradizionali approcci di caratterizzazione richiedono spesso configurazioni con più strumenti, frequenti cambi di banda e calibrazioni ripetute per coprire ampi intervalli di frequenza. Questo flusso di lavoro frammentato introduce variazioni meccaniche, aumenta la complessità della configurazione e rende difficile una modellazione accurata dei dispositivi a banda larga. Per affrontare questo collo di bottiglia nei test industriali, Keysight Technologies, l'Università di Glasgow, il National Physical Laboratory e la MPI Corporation hanno sviluppato una metodologia di misurazione unificata in grado di effettuare una caratterizzazione on-wafer continua da vicino a DC fino a 250 GHz utilizzando un'unica scansione (sweep).

Meccanismo ingegneristico e architettura di misura
Lo sviluppo collaborativo integra strumentazione specializzata, design avanzato dei dispositivi, sondaggio di precisione e calibrazione metrologica in un unico ecosistema coerente. Al centro della configurazione di test vi è il Network Analyzer PNA-X di Keysight, accoppiato a un Frequency Extender a scansione singola da 250 GHz e a un'unità di misura/alimentazione di precisione. Questa architettura hardware è abbinata alla tecnologia di probing on-wafer a banda larga e al software di calibrazione di MPI Corporation, insieme ai dispositivi con transistor ad alta mobilità elettronica in fosfuro di indio e agli standard di calibrazione personalizzati dell'Università di Glasgow. Il National Physical Laboratory ha contribuito con metrologia ad alta frequenza e metodologie di calibrazione per verificare l'integrità delle misurazioni.

Combinando questi sistemi, la metodologia consente misurazioni continue sull'intero spettro di frequenze con un unico contatto della sonda. Ciò elimina la necessità di sollevare manualmente le sonde, di riconfigurare l'hardware e di effettuare cambi di connessione multibanda. Inoltre, il filtraggio della sorgente integrato e la calibrazione della potenza della sorgente a banda larga garantiscono un'elevata purezza del segnale direttamente sulla punta della sonda, risolvendo i problemi di degradazione del segnale e di riflessione comuni alle frequenze sub-terahertz.

Applicazioni industriali e vantaggi operativi
Un'accurata caratterizzazione a banda larga è fondamentale per i team di ricerca e sviluppo che lavorano su circuiti integrati a microonde monolitici ad alta frequenza, comunicazioni wireless di nuova generazione e sistemi radar ad alta velocità. I transistor ad alta mobilità elettronica in fosfuro di indio sono ampiamente impiegati in circuiti di amplificazione ad alta potenza e a basso rumore che operano ampiamente nel dominio dei terahertz. Semplificando il flusso di lavoro di caratterizzazione, la nuova metodologia riduce significativamente i tempi di misurazione, minimizza l'errore umano introdotto dal posizionamento ripetuto delle sonde e produce dati di parametri S coerenti, necessari per una modellazione affidabile dei dispositivi attivi.

Thierry Locquette, Vice President of Sales per Europa, Medio Oriente e Africa di Keysight, ha sottolineato che la caratterizzazione continua dei dispositivi da vicino a DC fino a 250 GHz in un'unica scansione semplifica il processo di misurazione per i ricercatori che sviluppano tecnologie di semiconduttori di nuova generazione. Allineando strumentazione, ingegneria dei dispositivi, probing e metrologia, la collaborazione stabilisce un quadro pratico per generare dati a banda larga affidabili. Il Dr. Xiaobang Shang, Principal Scientist e On-wafer Measurement Lead presso il National Physical Laboratory, ha sottolineato che la metrologia on-wafer precisa rimane essenziale per lo sviluppo affidabile dei dispositivi negli spettri a onde millimetriche e sub-terahertz. Matthew White, Director of Business Development presso la MPI Corporation, ha aggiunto che l'estensione della caratterizzazione a 250 GHz richiede che le piattaforme di probing, calibrazione e misurazione operino come un sistema integrato, consentendo ai ricercatori di accelerare lo sviluppo dei dispositivi con maggiore sicurezza.

Contesto aggiuntivo
Questa sezione descrive in dettaglio le specifiche tecniche e il benchmarking competitivo non inclusi nell'annuncio originale del prodotto.

La caratterizzazione on-wafer a banda larga oltre i 110 GHz richiedeva tradizionalmente la commutazione di banda della guida d'onda, in cui gli ingegneri scambiavano manualmente o automaticamente i moduli estensori di frequenza (come le bande WR-10, WR-06 e WR-03) per coprire le frequenze in banda D e H. Storicamente, ciascun cambio di banda richiedeva routine di calibrazione separate, come standard Line-Reflect-Line o Thru-Reflect-Line, aumentando il rischio di errori di calibrazione casuali e usura meccanica sulle punte delle sonde. Le architetture di estensione di frequenza a scansione singola eliminano le incertezze di disadattamento interbanda e riducono la deriva termica associata a sessioni di test prolungate in più fasi. I transistor ad alta mobilità elettronica in fosfuro di indio rimangono una tecnologia di semiconduttori di riferimento per frequenze di taglio elevatissime, superando spesso le controparti in nitruro di gallio e germanio di silicio nelle metriche di frequenza di transizione grezza, rendendo la caratterizzazione ad alta precisione con analizzatore di reti vettoriali sub-terahertz un requisito fondamentale per l'ingegneria dei semiconduttori a onde millimetriche.

A cura di Sucithra Mani, redattrice di Induportals – adattato tramite IA.

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