【摘要】：GaAs等固態(tài)微波裸芯片電性能測試需要采用探針將共面波導參考面過渡到同軸參考面。設計制作了用于微波探針校準的GaAs襯底的計量級標準樣片,包括SOLT和TRL校準模塊,以及匹配傳輸線、衰減及駐波等驗證模塊。提出了平衡電橋結構,兼具衰減駐波標準,帶內(nèi)平坦,且工藝適應性好。經(jīng)過與國外校準片比對,驗證了頻率覆蓋100 MHz~50 GHz,駐波比測量范圍:1.1,1.5,2.5,5,10;衰減測量范圍:-1 dB,-2 dB,-3 dB,-10 dB,-20dB,-30 dB,-40 dB;匹配負載反射損耗小于-30 dB。同時提取了SOLT校準模塊的矢網(wǎng)校準用參數(shù)。
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圖片說明： t(k')=K'(k)，K'(k)/K(k')有可快速計算的近似公式。針對金屬厚度t，背覆金屬層，多層介質(zhì)等共面波導還有若干修正［3］。以上公式是標準樣片設計基矗1．2國外標準樣片設計國外標準樣片有兩種類型:一種是商用校準片，主要用于微波在片測試系統(tǒng)的日常校準，采用陶瓷(Al2O3)材料制作，例如Cascade的101－190;另一種是計量級標準樣片，典型如美國NIST的ＲM8130，主要用于計量機構的量值傳遞，精度高，不但有校準模塊，還有衰減、電容、電感等驗證模塊。一個典型商用校準片采用由SOLT重復結構構成的版圖如圖2所示。圖2已有標準樣片結構國外的商用級、計量級標準樣片，片上模塊功能都不夠全面，不適用于我國的計量校準用途。1．3CESI8190標準樣片設計由圖1可見，共面波導的信號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)均對共面波導S參數(shù)有影響。雖然傳統(tǒng)上有諧振腔等方法可以測量得到對應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)標準，優(yōu)點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等國外計量機構提出了一種方案［4］，在Si基襯底上采用MEMS工藝設計制作了如圖3所示的共面波導結構，作為S參數(shù)標準。圖3Si基MEMS結構的共面波導S參數(shù)標準最終實現(xiàn)的MEMS懸臂梁長度達到了20mm，可作為直到110GHz的共面波導S參數(shù)標準。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問題。本文設計的8190型標準樣片，配合CESICalkit自動校準軟件，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)均對共面波導S參數(shù)有影響。雖然傳統(tǒng)上有諧振腔等方法可以測量得到對應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)標準，優(yōu)點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等國外計量機構提出了一種方案［4］，在Si基襯底上采用MEMS工藝設計制作了如圖3所示的共面波導結構，作為S參數(shù)標準。圖3Si基MEMS結構的共面波導S參數(shù)標準最終實現(xiàn)的MEMS懸臂梁長度達到了20mm，可作為直到110GHz的共面波導S參數(shù)標準。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問題。本文設計的8190型標準樣片，配合CESICalkit自動校準軟件，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型標準樣片比8190型增加了級聯(lián)無支撐空氣線單元，利用了FET晶體管的空氣橋結構，沒有對工藝做特殊改動，也可以作為共面波導無支撐空氣橋標準使用。第33卷第5期殷玉U�，�

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