تا به امروز، امکان مقایسهی اندازهگیریهای روی ویفر وجود نداشته است، زیرا تجهیزات اندازهگیری و شرایط آزمایشگاهی بهطور قابلتوجهی با یکدیگر تفاوت دارند و هیچ زیرلایهی مرجعی نیز وجود نداشت. اکنون نخستین مقایسهی بینالمللی اندازهگیری انجام شده است. مؤسسه ملی اندازهشناسی آلمان (PTB) تواناییهای کالیبراسیون فرکانس بالای خود را روی زیرلایههای مرجع تأیید کرده و نخستین بیلان کامل عدمقطعیت اندازهگیری تا فرکانس 330 گیگاهرتز را در جهان تدوین کرده است.
توضیح شکل- سامانهی اندازهگیری روی ویفر PTB برای مشخصهیابی مدارهای تخت فرکانس بالا تا 330 گیگاهرتز. در تصویر موجبرهای تغذیه دیده میشوند که زیرلایهی مورد اندازهگیری در انتهای آنها با نوکهای اندازهگیری تماس داده میشود.
اندازهگیری دقیق پارامترهای پراکندگی روی ویفر ابزاری ضروری برای توسعه و مشخصهسازی ویفرهای نیمهرسانا در فناوریهای نوین فرکانس بالا است؛ فناوریهایی که در سیستمهای ارتباط بیسیم نسل آینده (6G)، حسگرهای راداری (مانند رادار خودرو در 120/77 گیگاهرتز) ، اینترنت اشیا (IoT) و رانندگی خودکار کاربرد دارند.
در این نخستین مقایسهی اندازهگیری، مؤسسههای ملی اندازهشناسی PTB و NPL (انگلستان)، دانشگاهها و مؤسسههای پژوهشی معتبر، و همچنین تولیدکنندگان پیشروی ابزارهای اندازهگیری مشارکت داشتند. در دانشگاه لیل، مجموعهای از زیرلایههای مرجع یکسان ساختهشده از ویفرهای سیلیکونی با مقاومت بالا، مخصوص این مقایسه تولید شد و هر شرکتکننده یک نمونه دریافت کرد. علاوه بر استانداردهای گوناگون کالیبراسیون، زیرلایههای مرجع شامل استانداردهای مختلف اندازهگیری و تصدیق همچون تضعیفکنندهها، اتصال کوتاههای آفست و خطوط انتقال نامطابق بودند. پوشش بازهی فرکانس بسیار گستردهی 10 گیگاهرتز تا 1/1 تراهرتز با استفاده از شش باند فرکانسی موجبر مختلف در تحلیلگر شبکه برداری حاصل شد که این باندها از نظر سازنده، نوع نوک اندازهگیری و فاصلهی نوکها متفاوت بودند. با وجود این تفاوتها، مقایسهی اندازهگیری نشاندهندهی توافق کلی و مطلوب نتایج بین شرکتکنندگان بود. نتایج در بالاترین باند فرکانسی موجبر تا حدود 1 تراهرتز، برای یک تضعیفکننده و یک خط انتقال نامطابق، در محدودهی تلورانس 5/2± دسیبل قرار داشتند.
بیلان عدم قطعیت اندازهگیری که PTB در این مقایسه تدوین کرده است، عواملی مانند نویز، غیرخطی بودن و رانش تحلیلگر شبکه برداری، اثرات حرکت کابلها، تکرارپذیری تماس، و همچنین سهم عدم قطعیت ناشی از تداخل بین پورتهای اندازهگیری را در نظر میگیرد.
تخصص PTB در حوزهی اندازهگیری پارامترهای پراکندگی روی ویفر نتیجهی سالها پژوهش مستمر است؛ از جمله مشارکت در پروژههای گوناگون اتحادیه اروپا با هدف ایجاد قابلیت ردیابی اندازهشناختی در اندازهگیریهای روی ویفر. تلاشهای PTB تاکنون به ثبت نخستین و تنها ورودی پایگاه دادهی قابلیتهای اندازهگیری (CMC) در پایگاه مقایسهی کلیدی BIPM تا 118 گیگاهرتز و صدور نخستین گواهی کالیبراسیون جهان برای زیرلایههای کالیبراسیون تجاری منجر شده است. در سالهای آینده، PTB با تهیهی یک سامانهی اندازهگیری پهنباند تا حداقل 220 گیگاهرتز با امکان تغییر دما از 40- تا 200 درجهی سلسیوس، تواناییهای اندازهگیری روی ویفر خود را ارتقا خواهد داد.
تهیه کننده: خانم پریسا سادات حسینیان، کارشناس مرکز اندازه شناسی، اوزان و مقیاسها